L’informatique quantique ne résoudra pas tous nos problèmes, déclare le physicien Shohini Ghose. Mais le cadre informatique pionnier a le potentiel d’améliorer de nombreuses industries.
Le potentiel de l’informatique quantique a été salué comme révolutionnaire, capable de changer la façon dont tout fonctionne dans notre monde en trouvant des solutions exponentiellement plus rapides que les superordinateurs les plus puissants d’aujourd’hui.
Mais alors que les dirigeants calculent les revenus potentiels que le quantique pourrait générer et que les journalistes se démènent pour trouver des moyens simples d’expliquer les processus complexes qui le sous-tendent, les physiciens quantiques sont de plus en plus frustrés par un manque de compréhension de leur domaine.
« L’informatique quantique est en fait très différente de notre informatique habituelle », a déclaré à L’Observatoire de l’Europe Next le physicien quantique Shohini Ghose, professeur à l’Université Wilfrid Laurier au Canada.
« Ce n’est pas seulement qu’il s’agit d’une version plus puissante de ce que nous avons aujourd’hui. C’est en fait un cadre entièrement différent pour l’informatique elle-même ».
Ce cadre est difficile à expliquer avec des analogies simples et des repères familiers.
Un ordinateur quantique n’est pas X fois plus puissant qu’un ordinateur normal. Ce n’est pas le Real Madrid pour l’équipe de football de votre enfant. Un ordinateur quantique joue un tout autre jeu.
« Ce n’est pas le cas qu’un ordinateur quantique soit meilleur dans toutes les tâches et accélère d’une manière ou d’une autre tout ce que nous faisons », a déclaré Ghose.
« Il y a des tâches très spécifiques qu’un ordinateur quantique peut réellement accomplir de manière plus efficace ».
Comprendre le nouveau cadre informatique
Ordinateurs normaux – de ceux que nous utilisons au travail à ceux qui battent des records Superordinateur frontière – fonctionnent en convertissant les informations en chiffres binaires (uns et zéros), appelés bits. Ils traitent de longues chaînes de ces bits appelés code et utilisent des mathématiques simples pour dire à ce code quoi faire.
Un cadre d’informatique quantique est basé sur une unité d’information de base différente, appelée bit quantique, qui fonctionne selon un principe appelé superposition.
« Imaginez une situation où notre bit n’est pas tout à fait un zéro et pas tout à fait un, mais il a une certaine probabilité d’être un zéro et une certaine probabilité d’être un », a déclaré Ghose.
« C’est ce que nous appelons une superposition, et c’est ce qu’un bit quantique, ou qubit, est décrit comme ».
Cela peut sembler moins précis, mais Ghose dit que cela élargit considérablement les types de calculs qu’un ordinateur quantique peut résoudre et, dans de nombreux cas, augmente la vitesse à laquelle il peut atteindre une solution.
« C’est presque comme passer de deux points – 0 et 1 – dans un paysage, à pouvoir circuler n’importe où dans le paysage car toute combinaison de zéro et un est possible », a-t-elle déclaré.
Potentiel de changement de jeu
Alors, qu’est-ce que les ordinateurs quantiques peuvent faire de mieux que les ordinateurs normaux ?
« Si vous écrivez simplement des e-mails, vous n’allez pas voir une énorme accélération qui rendra vos e-mails plus rapides ou meilleurs », a déclaré Ghose.
« Mais ce qui pourrait arriver, c’est qu’à l’arrière, un système de cryptage quantique pourrait être en mesure d’améliorer la sécurité et la confidentialité de votre communication ».
La cryptographie quantique est un domaine de recherche majeur qui s’appuie sur la mécanique quantique pour améliorer la sécurité des communications en ligne. Ghose dit que le cryptage quantique back-end pourrait éventuellement figurer sur tous nos appareils.
« Si cela est fait d’une manière qui est vraiment sans erreur et parfaitement conçue, c’est complètement impossible à pirater », a-t-elle déclaré. « Cela signifie que pour casser ce cryptage, il faudrait enfreindre les lois de la physique ».
D’autres applications dépendent de la capacité à construire des ordinateurs quantiques à grande échelle. Ceux-ci pourraient aller du développement de meilleurs produits pharmaceutiques à la construction de meilleures cellules solaires et même de vêtements.
Mais pour vraiment étendre les applications de l’informatique quantique, Ghose dit que des experts de différents domaines doivent s’impliquer dans la recherche.
« Il n’est pas nécessaire d’être physicien pour faire partie de cette nouvelle révolution informatique quantique », a-t-elle déclaré.
« En effet, plus les groupes de personnes pourront être diversifiés, plus le terrain sera riche et plus les résultats seront surprenants ».
Un long chemin à parcourir pour le quantique
Il reste encore beaucoup de questions auxquelles il faut répondre avant que l’informatique quantique ne puisse entrer dans le courant dominant. Tout d’abord, il s’agit de savoir si des ordinateurs quantiques à grande échelle peuvent même être construits.
« Il n’est pas tout à fait clair si nous pouvons même vraiment les faire évoluer, car personne n’a été en mesure de montrer de manière décisive qu’à mesure que nous construisons des ordinateurs quantiques de plus en plus grands, nous allons pouvoir le faire d’une manière durable et évolutive, » dit Ghose.
Les Qubits doivent être maintenus à des températures proches du zéro absolu pour fonctionner, ce qui fait de la gestion de la chaleur un obstacle majeur que les développeurs doivent résoudre.
Le coût est également un problème – la plupart des estimations évaluent le coût d’un seul qubit à environ 10 000 €, ce qui rend un ordinateur quantique utile d’un coût prohibitif pour toutes les industries, sauf quelques-unes.
Mais Ghose dit que le plus grand défi et l’inconnu de l’informatique quantique est de traiter les erreurs quantiques.
« Une partie de ce qui rend un ordinateur quantique puissant est ce phénomène particulier appelé intrication, où tous les différents bits quantiques se parlent et se connectent de telle manière qu’ils commencent en quelque sorte à agir comme un seul », a-t-elle déclaré.
« Mais si ces qubits, au lieu de se parler, parlent à quelque chose en dehors de leur espace de calcul, comme une particule aléatoire, ils peuvent également s’emmêler avec ces particules ».
Afin de contrôler les qubits et de les empêcher d’interagir avec des particules aléatoires, Ghose dit qu’ils doivent être maintenus « plus froids que l’espace extra-atmosphérique ».
La seule façon d’y parvenir actuellement est de construire des ordinateurs massifs « de la taille d’une pièce entière », qui peuvent s’adapter à tout le matériel, l’électronique et les systèmes de refroidissement.
« Nous devrons faire beaucoup de corrections d’erreurs car ils sont très, très fragiles et même la moindre erreur ou bruit détruit complètement le calcul », a déclaré Ghose.
« C’est à cela que nous devons penser à mesure que nous avançons, est-ce que cela en vaut vraiment la peine ? Et si oui, comment le faire de manière responsable et durable ? Je ne connais pas la réponse ».
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