Qu’est-ce que l’informatique quantique? La prochaine ère de l'évolution informatique, expliquée

Lorsque vous tombez pour la première fois sur le terme « ordinateur quantique », vous risquez de le faire passer pour un concept de science-fiction lointain plutôt que pour un sujet d’actualité sérieux.

Mais avec l’expression utilisée de plus en plus fréquemment, il est compréhensible de se demander exactement ce que sont les ordinateurs quantiques, et tout aussi compréhensible de ne pas savoir où plonger. Voici un aperçu de ce que sont les ordinateurs quantiques, pourquoi il y a tant de buzz autour d’eux et ce qu’ils pourraient signifier pour vous.

Qu’est-ce que l’informatique quantique et comment ça marche ?

Tout ordinateur repose sur des bits, la plus petite unité d'information codée comme un état « activé » ou un état « désactivé », plus communément appelé 1 ou 0, dans un support physique ou un autre.

La plupart du temps, un bit prend la forme physique d’un signal électrique circulant sur les circuits de la carte mère de l’ordinateur. En enchaînant plusieurs bits ensemble, nous pouvons représenter des éléments plus complexes et utiles comme du texte, de la musique, etc.

Les deux principales différences entre les bits quantiques et les bits « classiques » (provenant des ordinateurs que nous utilisons aujourd’hui) sont la forme physique que prennent les bits et, par conséquent, la nature des données qui y sont codées. Les bits électriques d'un ordinateur classique ne peuvent exister que dans un seul état à la fois, 1 ou 0.

Bits quantiques (ou « qubits ») sont constitués de particules subatomiques, à savoir des photons ou des électrons individuels. Parce que ces particules subatomiques se conforment davantage aux règles de la mécanique quantique qu’à celles de la mécanique classique, elles présentent les propriétés étranges des particules quantiques. La plus importante de ces propriétés pour les informaticiens est la superposition. C’est l’idée selon laquelle une particule peut exister simultanément dans plusieurs états, au moins jusqu’à ce que cet état soit mesuré et s’effondre en un seul état. En exploitant cette propriété de superposition, les informaticiens peuvent faire en sorte que les qubits codent un 1 et un 0 en même temps.

L’autre bizarrerie de la mécanique quantique qui fait fonctionner les ordinateurs quantiques est l’intrication, une liaison de deux particules quantiques ou, dans ce cas, de deux qubits. Lorsque les deux particules sont intriquées, le changement d'état d'une particule modifiera l'état de son partenaire dans un manière prévisible, ce qui s'avère pratique lorsque vient le temps de demander à un ordinateur quantique de calculer la réponse au problème tu le nourris.

Les qubits d’un ordinateur quantique démarrent dans leur état hybride 1 et 0 lorsque l’ordinateur commence initialement à résoudre un problème. Lorsque la solution est trouvée, les qubits en superposition s’effondrent dans l’orientation correcte des 1 et des 0 stables pour renvoyer la solution.

Quel est l’intérêt de l’informatique quantique ?

Outre le fait qu’ils sont bien hors de portée de toutes les équipes de recherche, sauf des équipes de recherche les plus élitistes (et le resteront probablement pendant un certain temps), la plupart d’entre nous n’ont pas beaucoup d’utilité pour les ordinateurs quantiques. Ils n’offrent aucun réel avantage par rapport aux ordinateurs classiques pour le type de tâches que nous effectuons la plupart du temps.

Cependant, même les supercalculateurs classiques les plus redoutables ont du mal à résoudre certains problèmes en raison de leur complexité informatique inhérente. En effet, certains calculs ne peuvent être réalisés que par la force brute, en devinant jusqu'à ce que la réponse soit trouvée. Ils aboutissent à tellement de solutions possibles qu’il faudrait des milliers d’années à tous les supercalculateurs du monde réunis pour trouver la bonne.

La propriété de superposition présentée par les qubits peut permettre aux supercalculateurs de réduire précipitamment ce temps de devinette. Les calculs laborieux par essais et erreurs de l’informatique classique ne peuvent faire qu’une seule supposition à la fois, tandis que le double état 1 et 0 des qubits d’un ordinateur quantique lui permet de faire plusieurs suppositions en même temps. temps.

Alors, quels types de problèmes nécessitent tous ces calculs fastidieux? Un exemple consiste à simuler des structures atomiques, en particulier lorsqu’elles interagissent chimiquement avec celles d’autres atomes. Avec un ordinateur quantique alimentant la modélisation atomique, les chercheurs en science des matériaux pourraient créer de nouveaux composés destinés à l’ingénierie et à la fabrication. Les ordinateurs quantiques sont bien adaptés à la simulation de systèmes tout aussi complexes tels que les forces économiques du marché, la dynamique astrophysique ou les modèles de mutation génétique dans les organismes, pour n'en nommer que quelques-uns.

Parmi toutes ces applications généralement inoffensives de cette technologie émergente, certaines utilisations des ordinateurs quantiques suscitent également de sérieuses inquiétudes. Le préjudice de loin le plus fréquemment cité est la possibilité pour les ordinateurs quantiques de briser certains des algorithmes de cryptage les plus puissants actuellement utilisés.

Entre les mains d’un gouvernement étranger agressif, les ordinateurs quantiques pourraient compromettre une vaste zone du trafic Internet par ailleurs sécurisé, laissant les communications sensibles sensibles à une diffusion généralisée surveillance. Des travaux sont actuellement entrepris pour faire évoluer les chiffrements de chiffrement sur la base de calculs encore difficiles même les ordinateurs quantiques le peuvent, mais ils ne sont pas tous prêts à être diffusés aux heures de grande écoute, ni largement adoptés à l'heure actuelle.

L’informatique quantique est-elle encore possible ?

Il y a un peu plus de dix ans, la fabrication d’ordinateurs quantiques en était à peine à ses débuts. Cependant, à partir des années 2010, le développement de prototypes d’ordinateurs quantiques fonctionnels a décollé. Un certain nombre d'entreprises ont assemblé des ordinateurs quantiques fonctionnels il y a quelques années, IBM allant jusqu'à permettre aux chercheurs et aux amateurs de exécuter leurs propres programmes dessus via le cloud.

Malgré les progrès réalisés par des entreprises comme IBM pour construire des prototypes fonctionnels, les ordinateurs quantiques en sont encore à leurs balbutiements. Actuellement, les ordinateurs quantiques que les équipes de recherche ont construits jusqu’à présent nécessitent beaucoup de temps système pour exécuter la correction d’erreurs. Pour chaque qubit qui effectue réellement un calcul, il y en a plusieurs dizaines dont le rôle est de compenser l’erreur de l’un. L’ensemble de tous ces qubits constitue ce qu’on appelle un « qubit logique ».

Pour faire court, les titans de l’industrie et du monde universitaire ont fait fonctionner les ordinateurs quantiques, mais ils le font de manière très inefficace.

Qui possède un ordinateur quantique ?

La concurrence féroce fait toujours rage entre les chercheurs en informatique quantique, entre grands et petits acteurs. Parmi ceux qui disposent d’ordinateurs quantiques fonctionnels se trouvent les entreprises technologiques traditionnellement dominantes auxquelles on pourrait s’attendre: IBM, Intel, Microsoft et Google.

Aussi exigeante et coûteuse que soit la création d’un ordinateur quantique, il existe un nombre surprenant de petites entreprises et même de startups qui relèvent le défi.

Le relativement maigre D-Wave Systems a suscité de nombreuses avancées dans le domaine et a prouvé qu'il n'était pas hors de propos en répondant à l'annonce capitale de Google avec des nouvelles d'un énorme accord avec Los Alamos National Labs. Pourtant, des concurrents plus petits comme Rigetti Computing sont également en lice pour s'imposer comme innovateurs en informatique quantique.

Selon à qui vous demandez, vous obtiendrez un favori différent pour l’ordinateur quantique « le plus puissant ». Google a certainement fait valoir ses arguments récemment avec son réalisation de la suprématie quantique, une métrique que Google lui-même a plus ou moins conçue. La suprématie quantique est le point auquel un ordinateur quantique est capable pour la première fois de surpasser un ordinateur classique dans certains calculs. Le prototype Sycamore de Google équipé de 54 qubits, a réussi à briser cette barrière en résolvant un problème en un peu moins de trois minutes et demie qui prendraient 10 000 ans au supercalculateur classique le plus puissant pour fonctionner à travers.

Pour ne pas être en reste, D-Wave se targue que les appareils qu'il va bientôt fournir à Los Alamos pèsent 5 000 qubits chacun, même s'il convient de noter que la qualité des qubits de D-Wave a déjà été remise en question. IBM n'a pas fait le même genre de sensation que Google et D-Wave au cours des deux dernières années, mais ils ne devraient pas encore être exclus non plus, surtout compte tenu de leur piste. bilan de réalisations lentes et régulières.

En termes simples, la course à l’ordinateur quantique le plus puissant au monde est plus ouverte que jamais.

L'informatique quantique va-t-elle remplacer l'informatique traditionnelle ?

La réponse courte à cette question est « pas vraiment », du moins à court terme. Les ordinateurs quantiques nécessitent un immense volume d’équipements et des environnements finement réglés pour fonctionner. L'architecture de pointe nécessite un refroidissement à quelques degrés au-dessus du zéro absolu, ce qui signifie qu'ils sont loin d'être pratiques pour les consommateurs ordinaires.

Mais comme l’a prouvé l’explosion du cloud computing, il n’est pas nécessaire de posséder un ordinateur spécialisé pour exploiter ses capacités. Comme mentionné ci-dessus, IBM offre déjà aux technophiles audacieux la possibilité d'exécuter des programmes sur un petit sous-ensemble de ses réseaux. Les qubits de Q System One. Avec le temps, IBM et ses concurrents vendront probablement du temps de calcul sur des ordinateurs quantiques plus robustes à ceux qui souhaitent les appliquer à des problèmes autrement impénétrables.

Mais si vous ne recherchez pas les types de problèmes exceptionnellement délicats que les ordinateurs quantiques visent à résoudre, vous n’interagirez probablement pas beaucoup avec eux. En fait, les ordinateurs quantiques sont dans certains cas moins performants dans le type de tâches pour lesquelles nous utilisons des ordinateurs quotidiennement, simplement parce que les ordinateurs quantiques sont très hyper-spécialisés. À moins que vous ne soyez un universitaire qui gère le type de modélisation dans lequel l’informatique quantique prospère, vous n’en mettrez probablement jamais la main, et n’en aurez jamais besoin.

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