On entend de plus en plus susurrer le terme d'informatique quantique. Ce nouvel informatique, basé sur le monde infiniment petit, sera apte à dépasser de façon exponentielle les capacités de l'informatique classique. Il promet de révolutionner le monde informatique et de relever les plus grands défis dans différents domaines comme la médecine, l'énergie, l'environnement… 

Qu'est ce que l'informatique quantique? 

Définition de l'informatique quantique

De toutes les nouvelles technologies qui arrivent dans le monde informatique, l'informatique quantique est celle qui apporte le plus grand changement de paradigme.

L'informatique quantique est une branche de l'informatique qui utilise des propriétés de la mécanique quantique pour traiter l'information. A contrario, l'informatique classique utilise l'électricité. 

Les fondements théoriques de l'informatique quantique

Voici les deux propriétés issues de la mécanique quantique sur lesquelles se base l'informatique quantique : 

L'intrication quantique

2 particules ou groupes de particules forment un système lié qui présente des états quantiques dépendant les uns des autres peu importe la distance qui les sépare. Cette théorie remet en cause le principe de localité  soutenue par Albert Einstein.  

La superposition

Cette propriété stipule qu'un même état quantique peut avoir plusieurs valeurs pour un quantité. 

Ainsi, la matière, au niveau quantique, se trouve dans une multitude de configurations possibles (appelées états). L'informatique quantique repose alors sur l'aptitude de particules à exister dans un état différent simultanément.

Cette capacité permettra de résoudre des problèmes plus rapidement tout en consommant moins d'énergie.

A quoi ressemble un ordinateur quantique ? 

Tous les géants de la technologie cherchent à créer des ordinateurs quantiques. Ces derniers sont très complexes à appréhender mais voici quelques notions de base : 

Les Qubit

Les ordinateurs classiques fonctionnent avec des bits qui sont binaires : 0 (désactivé/faux) ou 1 (activé/vrai). En informatique quantique le bit devient le qubit qui ne contient pas 2 informations mais une multitude. On peut alors transférer une multitude d'informations avec un seul qubit.

L'intrication et  la superposition ont pour conséquence de créer une corrélation entre deux qubits : si deux ou plusieurs qubits sont emmêlés, le changement de l'un d'entre eux a un impact sur les autres. 

Les algorithmes de l'informatique quantique reposent sur ce principe ce qui a pour conséquences : 

• les problèmes résolus peuvent être de nature très complexe,
• la résolution de ces problèmes est très rapide.

 

Super puissant

C'est un ordinateur capable de résoudre en quelques secondes des problèmes que les ordinateurs classiques résoudraient en des milliards d'années. C'est donc leur puissance de calcul hallucinante qui les distingue et leur donne des “super pouvoirs”.

Énorme capacité de mémoire 

L'infinité des possibilités implique d'avoir suffisamment de mémoire pour stocker. Nous dépassons largement ce que sont capables de faire les ordinateurs classiques, même les plus puissants du monde.

L'ordinateur quantique ne ressemble en rien à un ordinateur classique

IBM a le premier affiché son ordinateur quantique nommé Q System One : il a la forme d'un cube en verre de 3 mètres avec en son centre un cylindre chromé accroché à un bloc lumineux. Derrière ce bloc résident les composantes électroniques qui rendent possibles les calculs quantiques. 

Un ordinateur quantique bientôt dans nos vies?

En 2019, Google a déclaré avoir atteint la “suprématie quantique” avec son processeur Sycamore, en 2020 c'était au tour de la Chine. La suprématie quantique signifie qu'un ordinateur quantique est apte à résoudre un problème bien plus rapidement que les plus puissants ordinateurs classiques. 

Même si plus tard l'information a été controversée, cela annonce quand même  le début d'une nouvelle ère informatique.

Où en est la recherche?

La course à la recherche

En mars 2017, Google annonce son intention de commercialiser la « technologie quantique » dans les cinq ans. De son côté, depuis 2016, IBM permet aux chercheurs d'expérimenter un ordinateur quantique à cinq qubits via le Cloud puis sur un système à 20 qubits en 2017. 

En parallèle, la startup californienne Rigetti développe l'informatique quantique en privilégiant la stabilité au nombre de qubits. Elle pourrait alors être la première à créer un ordinateur quantique réellement utilisable.

D'ici 4 à 5 ans, des ordinateurs quantiques pourraient voir le jour et être accessibles aux entreprises.

Les défis à relever

La commercialisation n'est pas encore pour demain, et ce pour plusieurs raisons : 

• les Qubits ont besoin d'une température proche du 0 absolu (soit -273 degrés) pour être utilisés longtemps. Des hausses de températures peuvent induire des erreurs dans le système,
• pénurie de personnels qualifiés dans ce domaine,
• pénurie de fournisseurs de composants importants.

5 applications possibles de l'informatique quantique

La cryptographie et cybersécurité

Le domaine de la cryptologie qui consiste à protéger des messages (assurant confidentialité, authenticité et intégrité) en s'aidant souvent de secrets ou clés. : afin d'avoir des outils de cybersécurité plus puissants et résistants,

La Big data

L'informatique quantique couplée avec le big data a un potentiel révolutionnaire : imaginez que toutes ces données de plus en plus nombreuses pourront être analysées en un clic grâce aux algorithmes quantiques,

La médecine

L'informatique quantique pourra modéliser des réactions chimiques complexes. A l'heure actuelle, même les superordinateurs les plus puissants ne peuvent le faire. En juillet 2016, Google a réussi à simuler une molécule d'hydrogène pour la première fois avec un appareil quantique. On peut alors espérer créer de nouvelles molécules pour la médecine grâce aux simulations quantiques.

L'intelligence artificielle

Cette dernière se heurte de nos jours aux limitations de nos ordinateurs classiques. L'arrivée des ordinateurs quantiques avec leur puissance combinatoire permettra d'exécuter des algorithmes lourds et offrira des possibilités infinies.

Le hacking quantique

La face sombre des utilisations possibles de ces super ordinateurs est le hacking. En effet, grâce à leur force inédite de calculs, ils pourraient être utilisés à décrypter des contenus sécurisés utilisés sur le web (transactions bancaires, secrets militaires par exemple). Ainsi la course est lancée entre la Chine et les Etats-Unis pour développer une technologie “résistantes au hacking quantique”. Il conviendra d'être “quantum safe”. 

L'informatique quantique est une des technologies les plus complexes et révolutionnaires de notre temps. C'est une technologie clé pour l'avenir dans de nombreux domaines. C'est la prochaine révolution ! Préparons-nous !