L’ordinateur quantique de Google réduit à quelques secondes un calcul qui aurait pris 47 ans sur un superordinateur !!
Bienvenue dans l'ère
révolutionnaire de l'informatique quantique, une avancée technologique
captivante de notre époque. Les ordinateurs quantiques exploitent la mécanique
quantique pour des calculs plus rapides et efficaces que les ordinateurs
classiques. Dans cet article, nous plongerons dans le monde complexe des
ordinateurs quantiques, explorant leur fonctionnement, leurs applications
potentielles, et les défis passionnants qui les entourent.
En quoi ça consiste ?
Les ordinateurs classiques ou
conventionnels sont programmés avec des bits comme unités de données. Chaque
bit peut stocker un 0 ou un 1. Pourtant, ces ordinateurs sont mis face à leurs
propres limites lorsqu’ils se retrouvent confrontés à un problème de variables
multiples. Dans ce cas, les ordinateurs doivent effectuer un nouveau calcul
chaque fois qu’une variable est modifiée. Chaque calcul est un chemin unique
vers un résultat unique.
L’ordinateur quantique, lui, se base sur
les concepts expliqués ci-dessus. En raison des lois de la mécanique quantique,
celui-ci utilise des qubits, qui peuvent représenter une combinaison de 0 et de
1 en même temps, selon le principe de superposition. Chaque qubit existe ainsi
en multiple états de 0 et 1, simultanément. L’ordinateur quantique va ainsi
exploiter l’intrication entre les qubits et les probabilités associées aux
superpositions pour effectuer une série d’opérations, de telle sorte que certaines
probabilités soient augmentées (c’est-à-dire celles des bonnes réponses) et
d’autres diminuées, voire nulles (c’est-à-dire celles des mauvaises réponses).
Les qubits peuvent être fabriqués à partir
de différentes plateformes ou briques de base matérielles, telles que les
qubits supraconducteurs, les particules élémentaires ou les ions piégés.
D’autres méthodes en devenir sont les processeurs quantiques photoniques qui
utilisent la lumière. « Nous utilisons le terme d’ordinateur quantique, mais il
serait préférable de parler de processeur quantique, car l’intégralité d’un
calcul ne peut pas être implémentée sur un ordinateur quantique, seulement une
petite partie, explique Loïc Henriet, Chef Officier Technologique de Pasqal.
Nous aurons toujours besoin d’un processeur classique pour orchestrer
l’ensemble des taches de calcul. »
Pour qu’un ordinateur quantique fonctionne,
il doit être capable de corriger les erreurs dues à la nature imparfaite du
matériel actuel et qui empêchent d’arriver au résultat final du calcul.
L’ordinateur quantique ne remplacera pas
l’ordinateur personnel ou le smartphone, les premiers clients seront
certainement les gouvernements et les grandes entreprises plutôt que le grand
public.
En de simples termes
« Un
ordinateur quantique manipulera de nombreux qubits dans un état massivement
superposé : 0000 plus 1111, par exemple, explique Landry Bretheau, professeur
en physique quantique à l'École polytechnique au sein du Laboratoire de
Physique de la Matière Condensée (PMC*). Dans cet état “intriqué”, plusieurs
calculs peuvent être effectués en parallèle. Un exemple concret : imaginez que
le calcul, le problème, soit de sortir d’un labyrinthe. Comment s’y prendre ?
Un être humain ou un programme informatique va tester différents chemins. À
chaque fois, il arrivera à une impasse, puis revendra sur ses pas. Il testera
ainsi tous les chemins jusqu’à ce qu’il sorte du labyrinthe. Mais un système
quantique peut être dans une superposition d’états, c’est-à-dire qu’il peut se
trouver à plusieurs endroits en même temps. Il peut donc essayer d’explorer les
différents chemins en parallèle et sortir du labyrinthe plus rapidement. »
Applications potentielles
Il existe de nombreux domaines dans
lesquels un ordinateur quantique pourrait s’avérer plus utile qu’un ordinateur
conventionnel, que ce soit en termes de temps de calcul ou de qualité des
résultats obtenus.
- Cryptographie :
L’exemple le plus connu est l’algorithme de
Shor, qui permet de factoriser efficacement un grand nombre en facteurs
premiers, pour des applications en cryptographie et en sécurité informatique,
par exemple.
- Modélisation informatique et maths
appliquée :
Les
ordinateurs quantiques seront également très performants dans l’utilisation
d’algorithmes spéciaux pour résoudre des problèmes d’optimisation complexes,
tels que ceux liés à l’ordonnancement, au routage et à la logistique. Ces
problèmes consistent à trouver la solution optimale parmi un grand nombre de
possibilités — le plus célèbre étant le problème du « voyageur de commerce »,
qui doit trouver l’itinéraire le plus court possible entre plusieurs villes.
Les entreprises de livraison et de logistique voudront certainement de ce fait
adopter la technologie quantique.
- Pharmaceutique et materiaux :
Les problèmes liés à la réactivité des
molécules en bénéficieront également. « Il y a beaucoup de recherches dans ce
domaine, explique Loïc Henriet. Avec un processeur quantique, nous pourrons
effectuer des calculs beaucoup plus efficaces pour déterminer la réactivité de
certaines protéines, par exemple, ce qui aura d’énormes applications pour
l’industrie pharmaceutique et la synthèse de nouveaux médicaments. Nous
pourrons également calculer les propriétés de nouveaux matériaux qui présentent
un intérêt dans de nombreux domaines technologiques. »
- Intelligence Artificielle :
L’apprentissage automatique et
l’intelligence artificielle sont également des domaines d’application
importants, car les ordinateurs quantiques devraient être en mesure d’améliorer
les algorithmes d’apprentissage automatique — potentiellement de manière spectaculaire
— en fournissant des routines d’optimisation plus rapides et plus efficaces ou
en explorant de nouveaux modèles et de nouvelles architectures. Il pourrait
s’agir d’un nouveau marché massif, mais il dépendra de la construction
d’ordinateurs quantiques pratiques à grande échelle et du développement
d’algorithmes et d’applications capables de tirer parti de leurs capacités
uniques.
Défis
- Technologiques :
Actuellement, Les processeurs quantiques
sont actuellement au stade exploratoire, comme illustré par le travail de
l'équipe de Loïc Henriet sur un processeur occupant un espace imposant de 3
mètres sur chaque dimension. De plus, pour positionner précisément les qubits
dans l'espace, il est crucial de maintenir un vide extrêmement poussé,
équivalent à la pression à la surface de la lune, soit environ 10-11 millibars.
Le contrôle des qubits exige une optique
sophistiquée, impliquant des lasers, des lentilles et des miroirs. Pour
coordonner et synchroniser ces équipements divers, constituant le matériel
(hardware), un logiciel intégré, équivalant au système d'exploitation du
processeur quantique, s'avère indispensable.
- Des implications pour la sécurité
informatique
Les avancées des ordinateurs quantiques,
tels que le Sycamore de Google, remettent en question la sécurité informatique
en rendant rapidement obsolètes de nombreux systèmes de chiffrement actuels.
Ces systèmes reposent sur la complexité des calculs mathématiques, comme le
chiffrement RSA utilisé pour sécuriser les transactions en ligne. Il repose sur
la difficulté de factoriser de grands nombres en leurs facteurs premiers, une
tâche extrêmement difficile pour un ordinateur classique, prenant un temps considérable,
garantissant ainsi la sécurité. Cependant, les ordinateurs quantiques, comme le
Sycamore, sont capables d'effectuer ces calculs beaucoup plus rapidement,
mettant en danger les systèmes de chiffrement existants.
Pour relever ce défi, la sécurité
informatique devra développer de nouvelles méthodes de chiffrement capables de
résister à la puissance des ordinateurs quantiques. Cela pourrait impliquer la
création de nouveaux algorithmes de chiffrement ou l'utilisation de principes
de la mécanique quantique pour mettre en place ce que l'on appelle le
"chiffrement quantique". Cela représente un domaine de recherche
crucial pour assurer la sécurité des données dans l'ère des ordinateurs
quantiques.
Exemple en cours de recherche
Écrit par :
Ali MEFTAH
Étudiant à l'École Mohammadia d'Ingénieurs et membre du Club EMInnov.
