Les découvertes de l’Homme à travers les siècles et les années n’ont jamais cessé. Qu’elles se trouvent sur Terre ou dans l’immensité de l’espace, celles-ci semblent infinies et nous fascinent. Le domaine de l’informatique a énormément contribué à cette constante évolution du savoir. Ce domaine en pleine expansion a révolutionné notre quotidien il y a à peine quelques années grâce à Internet, au smartphone ou encore à l’intelligence artificielle. Elle fait aujourd’hui partie intégrante de notre quotidien. Imaginer donc l’association de deux sciences qui repousseraient considérablement les limites de l’Homme. Cette association est celle de l’informatique et de la physique quantique : l’informatique quantique.
L’informatique quantique, c’est quoi ?
L’informatique quantique est une sous-catégorie de l’informatique. Elle repose sur de la physique : Mécanique quantique et sur des mathématiques. Le système informatique quantique ne va pas fonctionner de la même façon qu’un système informatique classique. C’est-à-dire qu’il va utiliser une suite de 0 et de 1 pour traiter ces opérations alors que le système quantique va fonctionner de sorte à ce que le 0 puisse être un 1 ou l’inverse ou bien les deux en même temps. C’est ce qu’on appelle un « qubit », soit l’équivalent quantique du bit. Le « qubit » correspond à une superposition de plusieurs états dans une même variable. Tant que la variable n’a pas de valeur définitive, elle aura toutes les valeurs possibles à la fois. Ce mode de fonctionnement est en totale contradiction avec nos systèmes informatiques classique qui eux utilisent des bits, et qui ne peuvent être défini que par 0 ou 1. Ce système réduit considérablement la capacité de nos systèmes informatiques. Les calculateurs quantiques peuvent quant à eux résoudre des opérations jusqu’alors non résolu et en quelques secondes.
Comment ça marche ?
Comme expliqué plus haut, dans l’informatique quantique, on parle de « qubits ». Chaque « qubits » est composé de particules subatomiques donc leur taille est inférieure à celle d’un atome. À ce stade de l’infiniment petit, on retrouve les photons, les électrons et les noyaux. Chaque particule subatomique possède le « spin », c’est le champ magnétique de la particule subatomique. Si on place les particules dans un champ magnétique, le « spin » s’alignera automatiquement sur celui-ci, ce qui donnera la valeur de 0.
Cependant, si on exerce, en plus du champ magnétique une force extérieure sur la particule, ce dernier ne donnera pas la valeur de 1, mais donnera bien les valeurs 0 et 1 de manière simultanée. Donc, si on mesure à ce moment précis le « spin » (le champ magnétique des particules subatomiques), il aura à la fois la valeur lue, mais également une autre valeur au même moment grâce à la superposition quantique. C’est cette dernière qui déterminera la probabilité de la valeur finale du « qubit ».
L’une des grosses contraintes du processeur quantique, est sa température. Pour protéger le processeur et assurer sa stabilité, celui-ci doit être à une température de 0,015 °K soit – 273,135 °C. Pour cela, il est situé dans un caisson blindé qui diminue de cinquante mille fois le champ magnétique terrestre.
La sécurité est bien évidemment à ne pas prendre à la légère avec la puissance et la capacité que possèdent ces calculateurs. Si quelqu’un parvenait à pénétrer dans ce type de système, il pourrait alors déchiffrer toutes les communications sécurisées effectuées via le web comme les codes de carte bancaire, mot de passe ou encore adresse personnelle. Pour éviter cette possibilité, des systèmes de chiffrement à base de clés quantique ont été mis en place. Son fonctionnement est simple, l’information envoyée ne peut être lue que par le destinataire, si quelqu’un tente de lire la clé au moment du transfert, celle-ci sera alors endommagée et donc impossible à lire. Ce système a tout de même des limites, il n’est utilisable que par fibre optique et sur une distance maximale de 300 Kms, car l’usage de répéteur de signal modifierait lui aussi la clé quantique. Des solutions sont déjà envisagées pour pallier à ce problème comme l’utilisation de satellite quantique.
L’histoire de l’informatique quantique
En 1965, le physicien Richard Feynman reçoit le prix Nobel de la physique pour ses travaux en électrodynamique quantique, mais il ne présente pas d’application concrète donc ses recherches n’ont pas été poussées. Puis en 1974, on utilise de la matière organique afin de fabriquer des transistors. Celui-ci est l’un des composants principaux d’un processeur. Ce n’est qu’en 1985 que le physicien britannique David Deutsch démontre la validité de la théorie de Feynman. Il décrit et présente les caractéristiques du premier ordinateur quantique.
Dans les années 90, Peter Shor, mathématicien au MIT, développe un algorithme quantique possédant la capacité de factoriser de très grands nombres. Mais il faudra attendre 1998 pour que le premier ordinateur quantique à 2 qubits voie le jour. Ensuite en 1999, c’est un nouvel ordinateur quantique à 3 qubits qui fait son apparition. En 2001 une équipe de chercheurs développent un système quantique puissant de la taille d’un grain de sable. Ce n’est que 8 ans plus tard, en 2009, que l’on arrive à concevoir le tout premier processeur quantique à 2 qubits relativement stable à l’université de Yale aux États-Unis. Depuis, des géants dans le monde de l’informatique tels que Google, IBM ou encore la Nasa, sont très actif dans la recherche et dans le développement de l’informatique quantique. Le nombre de qubits ne cessent d’augmenter au sein de nos calculateurs, mais il reste énormément de travail afin de pouvoir utiliser tout le potentiel de ce domaine.
L’informatique quantique : dans quels domaines d’application ?
L’une des applications dans laquelle l’utilisation de l’ordinateur quantique permettra à l’Homme de croître son savoir est le parallélisme informatique. Celui-ci consiste à effectuer plusieurs calculs simultanément afin de maximiser les performances. Cela équivaut au fonctionnement des processeurs actuels qui se composent de plusieurs coeurs, mais en plus puissant et plus rapide bien évidemment. L’utilisation d’un supercalculateur nous permettrait d’étudier de manière très précise le fonctionnement de l’univers. Le temps des recherches pourrait être considérablement diminué, passant de plusieurs années à seulement quelques mois.
Un autre domaine d’application où les calculateurs quantiques nous permettraient de donner des résultats plus fiables serait les prévisions météo. Les calculs pour prévenir du beau temps ou de la pluie sont très complexes, et prenne du temps avec nos technologies actuelles. Ils possèdent également une marge d’erreur non-négligeable. L’informatique quantique aurait la capacité de nous donner des résultats plus fiables et plus rapidement.
L’utilisation de ces calculateurs quantique pourrait également révolutionner le monde médical. La résonnance magnétique, par exemple, dans l’imagerie médicale pourrait permettre de diagnostiquer des cancers. Celui-ci est aussi capable de séquencer un génome en quelques secondes, alors qu’il fallait plusieurs années, il n’y a pas si longtemps. On pourrait également utiliser cette technologie pour l’envoi de données médicales sensibles de façon entièrement sécurisés.
Dans un futur lointain, il est également envisagé que l’informatique quantique soit présente en permanence dans notre quotidien. Associé avec l’intelligence artificielle, ces deux technologies pourraient entièrement repenser la maison de demain.
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Conclusion
Comme toute nouveauté, l’informatique quantique suscite l’intérêt de tous les chercheurs. Sa capacité, qui semble infinie intrigue et sollicite l’homme a sans cesse repousser ses limites. Néanmoins, il ne faut pas « s’emballer ». L’informatique quantique ne fera pas partie de notre quotidien demain. Même si des avancées incontestables ont été effectuées. Notamment par Google qui affirme en 2019, avoir atteint “l’avantage quantique”, c’est-à-dire le nombre de « qubits » maximal qu’un superordinateur peut gérer ou bien encore des chercheurs chinois qui ont récemment détaillés les avancées fulgurantes de calcul effectuées par leurs deux ordinateurs quantiques. Le chemin vers l’entièreté des capacités de cette technologie sera encore très long.
