L'informatique quantique
- Michel Louis
- 27 mars
- 5 min de lecture
Dernière mise à jour : 1 juil.
Introduction
L'informatique quantique représenterait l'une des avancées technologiques les plus prometteuses du 21e siècle, à condition qu’elle se concrétise.
Pour en savoir plus, nous avons décidé de parcourir l’historique de cette récente discipline, son évolution, et de trier ce qui fonctionne déjà des habituels effets de communication destinés à entretenir le moral des investisseurs.
L'informatique quantique et son histoire
Les fondements de l'informatique quantique sont logiquement issus des concepts de la mécanique quantique, développée au début du 20e siècle par des scientifiques comme Max Planck, Albert Einstein, Erwin Schrödinger et Niels Bohr, notamment.
Cependant, ce n'est que beaucoup plus tard au début des années 1980, que l'idée d'utiliser des phénomènes quantiques pour le calcul a été sérieusement envisagée.
En 1981, le physicien Richard Feynman propose l'idée que les ordinateurs quantiques pourraient simuler des processus quantiques plus efficacement que les ordinateurs classiques.
Cette pensée a été renforcée par les travaux ultérieurs de David Deutsch en 1985, qui a formalisé le concept d'un ordinateur quantique universel.
Les premiers algorithmes quantiques
Pourtant, les premières simulations eurent lieu avec l'invention d'algorithmes spécifiques qui démontrent le très net avantage de l’ordinateur quantique, sur le papier du moins...
En 1994, Peter Shor a développé un algorithme capable de factoriser des entiers très rapidement, une tâche qui prendrait un temps considérable sur un ordinateur classique.
Cet algorithme, connu sous le nom d'algorithme de Shor, a suscité un intérêt extraordinaire pour l'informatique quantique, notamment en cryptographie, le premier usage pressenti.
En 1996, Lov Grover est le père d'un autre algorithme quantique capable de rechercher une information dans une base de données brute plus rapidement que tout algorithme classique,
logiquement connu sous le nom d'algorithme de Grover.
L’expérimental
Les années 2000 ont vu d'importants progrès expérimentaux, avec la réalisation des premiers qubits (unités de base de l'information quantique) plus ou moins stables et contrôlables.
Des laboratoires et entreprises du monde entier ont commencé à construire des prototypes d'ordinateurs quantiques, utilisant différentes technologies, comme les ions piégés, les supraconducteurs et les photons.
Et actuellement ?
Les algorithmes quantiques offrent des avantages significatifs dans les problèmes d'optimisation et de recherche, tels que l’amélioration des chaînes logistiques, la gestion de portefeuilles financiers, et la conception de nouveaux matériaux, notamment.
Sans oublier la cryptographie quantique, qui serait la seule parade à une attaque dite de « force brute » menée par un ordinateur lui aussi quantique, une fois celui-ci au point…
Rappelons que l’une des techniques de la cryptographie quantique repose, en fort résumé, sur une clef quantique qui serait composée d’une suite de photons qui détruirait le message si quelqu’un tentait de seulement le lire sans la clef correspondante, ce qui la rend virtuellement inviolable.
L’optimisation
L'entreprise canadienne D-Wave Systems, parmi les plus avancée, utilise des ordinateurs quantiques dits adiabatiques pour résoudre des problèmes d'optimisation complexes dans divers domaines, et propose déjà des systèmes commerciaux basés sur l’optimisation par recuit quantique.
Le terme « recuit » provient de la métallurgie, car il consiste à chauffer un matériau à son maximum, et ensuite à le refroidir progressivement pour amener ses particules à leur état fondamental, ce qui améliore leur stabilité.
Ces dispositifs, bien que très différents des ordinateurs quantiques universels (car ils exploitent un paradigme probabiliste pour résoudre des problèmes d’optimisation spécifiques) ont été utilisés pour aborder des problématiques complexes avec un certain succès.
La simulation de matériaux
L'informatique quantique est particulièrement prometteuse pour la simulation de systèmes complexes, comme les molécules et les matériaux.
Ici, c’est Google, avec son ordinateur quantique Sycamore, qui communique le plus sur le sujet des simulations de réactions chimiques sur des matériaux complexes, mais rien de déterminant n’a encore été présenté.
Simulation d’algorithmes
La division recherches d'IBM met à disposition, via son IBM Quantum Experience, des systèmes tels que le Quantum System One, qui sont exploités dans des laboratoires de recherche pour exécuter des algorithmes quantiques réels, et expérimenter leurs fonctionnements.
L’intelligence artificielle
L'apprentissage machine et l'intelligence artificielle pourraient également bénéficier de l'informatique quantique qui, en retour, pourrait beaucoup progresser grâce à l’IA dans une forme d’accélération mutuelle !
D’ailleurs, Rigetti Computing, spécialisée dans les services cloud quantiques, utilise ses ordinateurs quantiques pour développer des algorithmes d'apprentissage machine avancés.
En parallèle, des initiatives comme le NVAQC de Nvidia illustrent la tendance à intégrer la technologie quantique avec l’intelligence artificielle et les supercalculateurs.
Ce centre de recherche vise à combiner les méthodes de correction d’erreurs, la simulation d’algorithmes quantiques et l’optimisation du matériel classique pour pousser encore plus loin le potentiel du quantique.
Et du côté de la Chine ?
Très actifs dans l’informatique quantique, les Chinois développent des systèmes comme la série des Zuchongzhi.
Ces prototypes, mis au point par des équipes de chercheurs chinois dans le cadre de circuits supraconducteurs, ont démontré des performances de premier plan.
Et rappelons aussi que la chine a brillamment réussi une expérience de communication vidéo chiffrée à l’aide d’une clef photonique transmise par satellite entre l’académie des sciences à Pékin, et celle de Vienne, en Autriche.
Cette expérience date de 2017, ce qui laisse à supposer qu’à bas bruit, les Chinois ont depuis avancé sur le sujet.
Perspectives
Malgré des avancées impressionnantes, et de nombreux projets en cours, l'informatique quantique fait toujours face à plusieurs défis majeurs : la détection et la correction des erreurs quantiques, le contrôle des qubits à grande échelle, et le développement d'algorithmes quantiques pratiques capables d’être intégrés dans un langage de programmation « universel » …
Il convient toutefois de noter que la majorité des ordinateurs quantiques restent, pour l’instant, dans une phase expérimentale ou, au mieux, de test limité à quelques sujets précis, comme la
cryptographie.
Conclusion (longue !)
L'informatique quantique pourrait redéfinir les limites du possible, littéralement !
Si ses avancées se concrétisent, nous pourrions être témoins d'une nouvelle ère d'innovations et de découvertes, et ce d’autant qu’elle converge avec d’autres techniques récentes comme le Big data, l’IA et la robotique, et que rien n’interdit de les réunir…
Au-delà de ces associations, l’essor des ordinateurs quantiques soulève des interrogations sur leurs répercussions dans des secteurs aussi divers que la finance, l’énergie ou encore la sécurité nationale.
Imaginez que d’un seul coup, l’entier de notre système de chiffrement actuel devienne caduc ? Civil comme militaire ?
Auparavant, les techniques de rupture, surtout aussi radicales, étaient l’apanage des États, seuls à disposer de moyens suffisants pour les mettre au point.
Ce fut le cas du projet Manathan, à Los Alamos, du Spoutnik russe, du projet Apollo, ou encore d’ARPANET, l’ancêtre d’internet.
Aujourd’hui, si le nucléaire est encore proche des États, ce n’est plus le cas des secteurs informatiques ou des télécommunications, ou encore du secteur spatial.
À titre d’exemple, SpaceX, propriété d’Elon Musk, lance plus de satellites que tous les autres États réunis… et Starlink, sa constellation privée en orbite basse, est un système de communication sans équivalent au niveau étatique…
De plus, la recherche fondamentale dans les nouvelles technologies est concentrée dans une poignée de grands groupes privés, plus quelques startups innovantes qui courent le risque d’être absorbées par les précédents…
Une telle concentration de pouvoirs dans le secteur privé représente déjà un problème en soi, mais qu’en penser si une avancée, aussi potentiellement déstructurante que l’ordinateur quantique universel, était disponible que pour quelques-uns, sans consensus ni contrôle ?
Placé à la confluence des nouvelles technologies de rupture, l’ordinateur quantique nécessitera, quand et s’il devient une réalité, une prise de conscience générale, en particulier au niveau étatique, car depuis la mise au point de l’arme atomique, les enjeux n'ont sans doute jamais été aussi grands…
Commentaires