Informatique Quantique

D'après les lois de la physique classique, on a tous un état parfaitement définis.

Quand on est là, on n'est pas ailleurs.

En revanche quand on pénètre dans le monde de l'infiniment petit à l'échelle des atomes, les règles du jeu sont complètement différentes : une particule peut se trouver à plusieurs endroits à la fois.

Cela paraît étrange et très difficile à concevoir et pourtant, c'est comme ça dans le monde quantique.

Mais d'abord la physique quantique, c'est quoi ?

Tout ce qui nous entoure a une masse, une position ou encore une vitesse bien définis.

Par exemple, une télécommande pèse 60 grammes. Elle est posée sur la table du salon et sa vitesse est nulle.

L'ensemble de ces valeurs définit l'état physique de la télécommande : elle n'en a qu'un seul.

Cette vision du monde et de nos objets quotidiens est bien décrite par la physique dit classique.

Dans un monde de science fiction imaginons que cette même télécommande soit maintenant à plusieurs endroits en même temps, à la fois dans le salon et dans la cuisine.

Ce n'est pas possible, n'est-ce pas ? Oui, c'est généralement impossible pour les objets à notre échelle, mais c'est courant pour des objets microscopiques.

Si on extrait par exemple un atome de la télécommande et qu'on l'isole dans le vide, sans lumière, on observe des situations qui nous demande de changer radicalement notre vision du monde.

L'atome peut en effet être placés dans deux, trois, ou même une infinité d'endroits à la fois. On dit alors que l'atome est dans une superposition quantique cohérente d'état.

Comment l'atome fait-il pour être à plusieurs endroits ?

A l'échelle microscopique, l'atome à une propriété qui n'a pas d'équivalent dans notre quotidien.

Il se comporte tantôt comme une particule tantôt comme une onde.

Quand il n'est pas observé, l'atome doit être assimilé à une onde.

Comme elle, il est un peu présent partout à la fois de la même façon que l'eau est un fluide présent partout le long d'une vague

En revanche dès qu'on mesure précisément sa position, l'atome se voit forcé à adopter une position unique et redevient alors une particule.

Pourquoi ça ne fonctionne pas avec la télécommande ?

La télécommande n'est pas dans un environnement vide. Elle est entourée par de nombreuses particules qui viennent se cogner contre ses atomes.

Parmi ces particules, on compte les photons qui composent la lumière les atomes de l'air ou encore ceux de la table basse.

Dès que ces particules entrent en contact avec les atomes de la télécommande, elles en révèles sa position exacte. La télécommande perd la capacité de se délocaliser comme une ombre.

C'est ce qu'on appelle la décohérence quantique.

On dit aussi que la télécommande est mesurée par son environnement.

C'est pourquoi tout ce qui nous entoure au quotidien n'est jamais à plusieurs endroits à la fois.

Du coup, l'informatique quantique c'est quoi ?

Les ordinateurs quantiques traitent l'information d'une manière fondamentalement différente de celle des ordinateurs classiques.

Les ordinateurs classiques fonctionnent sur des bits binaires - des informations traitées sous la forme de 1 ou de 0.

Mais les ordinateurs quantiques transmettent les informations via des bits quantiques, ou qubits, qui peuvent exister sous la forme de 1, de 0 ou des deux simultanément.

Cette capacité - connue sous le nom de superposition, que l'on a évoqué plus haut - est au cœur du potentiel de la quantique pour une puissance de calcul exponentiellement supérieure.

Cette accélération exponentielle permet d'envisager des calculs impossible à réaliser avec les ordinateurs classiques.

En chimie, simuler une molécule avec toutes ces caractéristiques y compris quantique est extrêmement complexe et totalement hors de portée pour les ordinateurs classiques, mais c'est tout à fait réalisable pas un ordinateur quantique.

En mathématiques, cette technologique permettrait la résolution d'équations linéaires ou au différentiel qui sont utilisés dans des industries comme l'aéronautique et l'automobile.

Les agences de renseignement s'intéressent également à l'ordinateur quantique car on sait qu'une telle machine pourra casser les algorithmes de chiffrement à clés publiques, qui sont utilisés absolument dans toutes les communications.

Un cryptage pratiquement incassable ? Les ordinateurs quantiques vont changer le paysage de la sécurité des données. Même si les ordinateurs quantiques seraient capables de craquer un grand nombre des techniques de cryptage actuelles, on prévoit qu'ils créeront des remplacements à l'épreuve du piratage.

L'objectif des ordinateurs quantiques est d'être un outil différent pour résoudre des problèmes différents, et non de remplacer les ordinateurs classiques.

Les ordinateurs quantiques sont parfaits pour résoudre des problèmes d'optimisation, qu'il s'agisse de trouver la meilleure façon de programmer les vols dans un aéroport ou de déterminer les meilleurs itinéraires de livraison pour un réseau de distribution.

La superposition est le terme utilisé pour décrire l'état quantique dans lequel les particules peuvent exister dans plusieurs états en même temps, ce qui permet aux ordinateurs quantiques d'examiner de nombreuses variables différentes en même temps.

Plutôt que d'utiliser plus d'électricité, les ordinateurs quantiques réduiront la consommation d'énergie de 100 à 1000 fois, car ils utilisent l'effet tunnel quantique.

Plusieurs algorithmes ont déjà été développés pour les ordinateurs quantiques, notamment celui de Grover pour la recherche dans une base de données non structurée et celui de Shor pour la factorisation de grands nombres.

Une fois qu'un ordinateur quantique stable aura été mis au point, attendez-vous à ce que l'apprentissage automatique s'accélère de manière exponentielle, réduisant même le temps nécessaire pour résoudre un problème de centaines de milliers d'années à quelques secondes.

Vous vous souvenez que Deep Blue, l'ordinateur d'IBM, a battu le champion d'échecs Garry Kasparov en 1997 ? Il a pu obtenir un avantage concurrentiel parce qu'il examinait 200 millions de coups possibles chaque seconde. Une machine quantique serait capable de calculer 1 trillion de coups par seconde !

Toutefois...

Ces exemples sont très théoriques et nécessiteraient des ordinateurs quantiques quasiment parfait.

Aujourd'hui, c'est encore loin d'être le cas. Il y a trop d'erreurs et le phénomène de superposition n'est pas assez stable.

Les ordinateurs quantiques peuvent résoudre des problèmes impossibles à résoudre ou qui prendraient à un ordinateur traditionnel un temps démesuré (un milliard d'années).

Même si un véritable ordinateur quantique n'est pas encore une réalité, il est clair que la course est lancée.

Google a annoncé qu'il disposait dans son laboratoire d'un ordinateur quantique 100 millions de fois plus rapide que n'importe quel ordinateur classique.

Affaire à suivre...

Me concernant

A l'aube de ma cinquième et dernière année au sein de l'ECE Paris, école d'ingénieur généraliste, je me suis lancé dans l'aventure du Product Management.

Cette technologie ne sert donc pas directement mes projets professionnels, à moins que je sois amené dans le futur à travailler sur un produit faisant usage de l'informatique quantique.

Quoi qu'il en soit, ce module que j'ai pu suivre a traité d'un sujet passionnant qui, en mon sens, finira par tous nous impacter, peu importe le domaine dans lequel nous évoluons.

Merci 😊