L’ordinateur quantique en 5 questions
Avec ses capacités de calcul incroyables et ses propriétés étonnantes, l’ordinateur quantique intrigue, fait rêver et aiguise les appétits des entreprises de la tech et des États.
Mais que peut-on vraiment attendre de ces ordinateurs ? Sont-ils une technologie futuriste inaccessible ou vont-ils bientôt révolutionner notre quotidien ?
Quels sont les principes de base utilisés par l’ordinateur quantique ?
À la différence de l’ordinateur classique, l’ordinateur quantique utilise les propriétés de la mécanique quantique.
La physique quantique s’intéresse aux lois de la nature à toute petite échelle. À cette échelle microscopique, les lois de la physique classique ne s’appliquent plus. Les principes de la physique quantique prennent le relais avec des phénomènes surprenants et plutôt contre-intuitifs :
- Le principe de l’intrication : deux objets situés à deux endroits différents, et ce même si la distance entre eux est très grande, peuvent s’influencer, comme s’ils étaient unis par un lien invisible. Ce principe s’oppose à celui de localité en physique classique selon lequel l’état d’un objet ne dépend que de son environnement immédiat.
Alain Aspect, physicien français, a obtenu le prix Nobel de physique en 2022 pour ses travaux sur l’intrication des particules.
- Le principe de superposition quantique : un objet (quantique) peut être dans plusieurs états tant qu’on ne l’a pas mesuré. L’état d’un objet ne préexiste donc pas à la mesure, c’est la mesure qui le fait advenir.
Comment fonctionne un ordinateur quantique ?
Un ordinateur classique utilise des bits, chaque bit ayant une valeur binaire 0 ou 1. Un ordinateur quantique utilise des qubits, constitués de superpositions d’états entre |0> et |1>.
Ces qubits peuvent être construits avec des circuits supraconducteurs, on parle alors de qubits supraconducteurs. C’est la technologie choisie par Google et IBM. Ce dernier propose d’ailleurs de tester des ordinateurs quantiques sur son site.
Les qubits peuvent également être à base d’ions, de silicium, ou de photons.
Alors que l’ordinateur classique ne peut traiter qu’un état à la fois et doit répéter les actions pour examiner tous les états, l’ordinateur quantique peut explorer tous les états en même temps, grâce au principe de superposition. Il est donc capable de calculer beaucoup plus rapidement qu’un ordinateur classique.
Pourquoi s’intéresser à l’ordinateur quantique ?
Le processeur d’un ordinateur classique peut déjà effectuer des milliards de calculs à la seconde. Pourtant, et même si cela semble rapide, les ordinateurs classiques ont montré leurs limites pour résoudre certains problèmes.
Les ordinateurs quantiques permettraient notamment :
- d’accélérer de manière exponentielle la résolution de certains problèmes,
- de rendre impossible le piratage de la communication digitale grâce aux nouveaux protocoles de cryptographie qui seront mis en place : Protocol BB84,
- de résoudre la plupart des problèmes NP,
- d’optimiser la logistique, des réseaux électriques par exemple,
- de modéliser de nouvelles molécules efficaces pour lutter contre certaines maladies.
Quels sont les défis à relever pour développer l’ordinateur quantique ?
L’un des grands défis à relever pour l’informatique quantique est la réduction des erreurs de calcul liées à la décohérence quantique.
En effet, un objet quantique est très fragile. L’environnement qui l’entoure peut le perturber et il peut perdre son état quantique. C’est ce qu’on appelle la décohérence quantique. Ce phénomène limite les possibilités pour manipuler et stocker de l’information dans les qubits et entraîne des erreurs dans les calculs effectués.
L’objectif est donc de limiter l’instabilité de ces objets et de prolonger la cohérence quantique afin que le qubit reste de façon prolongée dans un état quantique. Pour cela, il faudra notamment déterminer les mécanismes de l’environnement qui dégradent la qualité des qubits.
Un autre défi à relever est d’atteindre la suprématie quantique, c’est-à-dire la possibilité de résoudre un problème qu’un ordinateur classique, même le plus avancé, pourrait mettre des millions d’années à résoudre alors qu’un ordinateur quantique le ferait en quelques secondes ou minutes. Google dit avoir atteint la suprématie quantique en 2019.
Vous souhaitez en savoir plus sur l’ordinateur quantique et ses propriétés ? Découvrez notre vidéo sur le sujet.
