VT-S5A-lfanner-onaib-informatiquequantique.mp4

Définition d'un ordinateur quantique

Un ordinateur quantique, aussi appelé calculateur quantique, processeur quantique ou système informatique quantique, utilise les propriétés quantiques de la matière comme la superposition et l'intrication, pour faire des opérations sur des données. Contrairement à un ordinateur classique qui fonctionne avec des bits, l’ordinateur quantique utilise des qubits. Il y a une différence fondamentale entre les bits et les qubits. Les qubits n'ont pas de valeurs définies 0 ou 1. Ils stockent les deux à la fois. Un ordinateur quantique fonctionnel est capable d'augmenter la puissance de calcul de manière exponentielle. Mais comment c'est possible ?

Comment ça marche

En effet, un qubit a les deux états à la fois, 0 et 1. Pour comprendre de manière intuitive une telle architecture, il faut regarder dans la nature. On connaît tout le fonctionnement d'un atome avec une charge positive et négative. Un certain nombre de protons et d'électrons. Plus précisément, quand on se le représente, on voit un électron autour du noyau immobile. Mais en réalité, l'électron bouge de manière ininterrompue autour du noyau. Et il ne se contente pas de graviter autour, mais il est instable. Il va se déplacer de manière extrêmement rapide autour du noyau sans interruptions, avec une certaine probabilités de se retrouver à tel ou tel endroit à un moment précis. Au moment de l'observer, on va voir un des résultats de ses mouvements imprévisibles.

Ce comportement va avoir des propriétés quantiques très intéressantes que l'on va utiliser pour nos qubits ! En effet, on va faire en sorte que nos qubits aient des propriétés quantiques. Il existe plusieurs méthodes telles que les supraconducteurs, les qubits photoniques... La plus simple à comprendre pour moi étant les pièges à ions. On va bloquer des ions dans un champ électromagnétique et on va observer l'emplacement de l'électron. Plus l’électron sera éloigné de l’ion, plus il aura de chance de valoir 1, plus il sera proche, plus il aura de chance de valoir 0. De cette manière, nos qubits peuvent profiter de propriétés quantiques que l'on va exploiter pour grandement augmenter la vitesse de calcul. Cela ne nous explique pas vraiment pourquoi cette approche est plus rapide qu'un ordinateur classique.

Pourquoi c'est plus rapide ?

Il faut d'abord comprendre comment fonctionne un ordinateur classique. Il utilise des bits, 0 ou 1. Ces valeurs, elles sont créées avec du courant électrique. Un courant qui passe donne 1, et un courant qui ne passe pas donne 0. C’est grâce à l’utilisation des fameux transistors qu’on peut contrôler le passage du courant électrique et modifier l’état des bits. Concrètement, un transistor fonctionne comme un interrupteur ultrarapide qui laisse passer ou bloque le courant en fonction du signal qu’il reçoit. En combinant plusieurs transistors, on crée ce qu’on appelle des portes logiques (AND, OR, NOT…). Qui permettent d’effectuer des opérations logiques et de traiter l’information dans nos ordinateurs. Avec ça, on peut tout faire, images, calculs, algorithmes… Maintenant, chaque bit a une valeur bien définie, et pour l'exploiter, on n'a pas d'autres choix que de tous les traiter un à un.

Avec nos qubits, comme ils ont à la fois la valeur 0 et 1, on a une grosse superposition d'états, sur laquelle on va appliquer des portes quantiques, pour s'approcher au maximum du résultat attendu en termes de probabilités. Puis on va observer le résultat qui sera en binaire. Puisqu'à l'observation, nos qubits nous donnent des bits. Ils "choisissent" leurs valeurs à l'instant de l'observation. On n'a pas besoin de parcourir tous les résultats possibles, on en récupère un seul parmi tous ceux possibles.

Pourquoi ça marche

On a bien compris que c'est beaucoup plus rapide, puisque que l'on fait tout en même temps, grâce à la superposition d'états. Mais comment peut-on savoir que le résultat donné est correct ? On va utiliser des algorithmes complexes qui vont permettre d'optimiser la probabilité d'observer la bonne réponse. Pour les appliquer, on applique des portes quantiques à tous nos qubits. Nous avons choisi de ne pas trop entrer dans les détails, ça prendrait beaucoup trop de temps à expliquer. Mais les principales propriétés à retenir si ça vous intéresse, sont la Superposition, l'Intrication et l'Interférence quantique. Si vous voulez comprendre comment les résultats observés sont optimisés, il faut s'intéresser à des algorithmes complexes, et à la compréhension des concepts cités précédemment.

Pourquoi avons-nous besoin d'ordinateurs quantiques ?

Il y a des problèmes algorithmiques NP-complets, qui ne sont pas résolvables avec notre puissance de calcul actuelle. Ils nécessitent une puissance de calcul exponentielle. Cela pourrait révolutionner des domaines tels que la cryptographie, la simulation de molécules pour la recherche pharmaceutique, et l'optimisation de systèmes complexes. Par exemple, la méthode de cryptographie, RSA de chiffrement asymétrique.

Limites actuelles des ordinateurs quantiques

Pour le moment, nous sommes encore loin d'avoir à disposition des ordinateurs quantiques fonctionnels. Mais l'idée est là ! Cela reste un sujet de recherche et développement très étudié. On a encore du chemin à parcourir pour avoir un nombre de qubits suffisant pour pouvoir résoudre les problèmes complexes existants. De la même manière, les méthodes de correction d'erreurs sont encore largement améliorables.

Conclusion

Pour conclure, les ordinateurs quantiques sont une technologie qui sera pour sûr, révolutionnaire, s'il y a une bonne correction d'erreur, et un nombre de qubits suffisant. Ce qui est loin d'être le cas. Cela reste une technologie convoitée et en pleine recherche et développement. Ce qui est prometteur pour l'avenir, puisque beaucoup de monde se penche sur le problème. C'est le cas d'IBM, Google, Intel, Alice et Bob (start-up française) et j'en passe.