Qui dit nouvelle année dit souvent nouvelle technologie !
Intelligence artificielle, méta verse et maintenant le monde du quantique.
Quel terme utiliser quand on évoque l’univers du quantique ; parle-t-on plutôt d’un ordinateur quantique ou d’informatique quantique ?
Comprendre ce que représente l’univers du quantique implique d’abord de connaître son origine ainsi que la provenance de ce mot quasi inconnu du grand publique.
Le quantique, c’est le monde de l’infiniment petit, du microscopique, de l’invisible. Il provient du terme physique « quantum », qui fait référence à la plus petite unité des particules atomiques ou subatomiques, telles que les électrons, les neutrons et les photons.
Sauf qu’à cette échelle, les lois classiques de la physique cessent de s’appliquer. La particularité qu’elle sous-tend pourrait faire de cette découverte une nouvelle révolution technologique.
À l’inverse d’un ordinateur classique qui utilise des bits d’informations binaires qui peuvent contenir uniquement une position égale à 0 ou 1, un ordinateur quantique lui utilise des qubits.
Le qubit est l’unité de base de l’informatique quantique, et sa spécificité se retrouve dans le processus de superposition, qui permet aux particules d’exister dans plusieurs états différents au même moment. Ainsi, le bit quantique (où le qubit) n’a plus à choisir entre les valeurs 0 et 1 ; il peut être les deux à la fois.
Qu’est-ce que ça implique ? La photo ci-dessous va vous aider à y voir plus clair.
Le qubit, dont la spécificité est d’exister dans plusieurs états simultanément va permettre d’effectuer des calculs encore jamais opérés, à une vitesse inégalées et encore jamais expérimentée.
Pour les qubits, exister dans l’infiniment petit suppose une superposition des bits 1 et 0, qui leur permet d’une part d’avoir une infinité de valeurs, mais aussi d’exister sous tous les états possibles.
Imaginez que le bit soit une pièce de monnaie : elle ne peut être que pile ou face, alors que le qubit lui peut être pile et face à la fois. Ce qui fait qu’au moment où un problème doit être résolu, l’ordinateur quantique, grâce à l’utilisation des qubits va effectuer plusieurs calculs à la fois, dans différents champs parallèles afin de trouver une solution.
Maintenant que le vocabulaire et les définitions de l’univers du quantique sont établis, revenons à notre différence entre l’ordinateur quantique l’informatique quantique.
L’informatique quantique a pour but de résoudre des problèmes particulièrement complexes, à plusieurs variables et dans un temps réduit. En d’autres termes, découvrir un moyen d’accélérer l’exécution de long processus d’instructions opérés normalement sur un ordinateur classique. C’est une nouvelle manière d’utiliser les supercalculateurs. Elle a pour particularité d’avoir une force de calcul extrêmement puissante, car ils sont effectués à l’échelle atomique. Ce ne sont pas deux bits qui sont mis en relation, mais une multitude de facteurs exponentiels et de critères multifactoriels qui interagissent entre eux.
L’informatique quantique implique le remplacement des circuits électriques par des atomes, qui sont d’abord arrangés, observés, puis manipulés dans l’espace avant de les faire interagir entre eux. Un autre moyen d’expérimenter ce genre de physique est de refroidir les circuits électriques à moins 273 degrés pour obtenir et manipuler les mêmes propriétés quantiques que celles des atomes.
Un ordinateur quantique, dans un premier temps, et de la même manière qu’un ordinateur classique, devrait pouvoir être programmable pour exécuter n’importe quel algorithme quantique. Fort de ses compétences distinctes de l’informatique classique, il ouvrirait un nouveau champ des possibles avec des capacités si poussées qu’elles dépassent l’entendement humain.
L’ordinateur quantique lui, n’est pas tangible, il n’est encore qu’une illusion, véritable Graal informatique, il n’est d’ailleurs pas prévu d’en voir un avant 2028. Sa vocation première sera de réduire le temps de recherche de façon drastique, mais aussi de diminuer autant que possible les interférences et garantir des résultats plus précis. Ce qui par conséquent, ferait progresser le monde de l’innovation d’un pas de géant : la découverte de nouveaux médicaments, la modélisation du climat, l’optimisation financière, le champ des possibles est vaste.
Tout cela a l’air assez réalisable jusqu’ici. Mais vous vous doutez bien que si aucun ordinateur quantique n’a encore vu le jour, c’est bien pour une raison.
Pour mettre au point un ordinateur quantique, il est nécessaire de disposer d’un très grand nombre de qubits ; et c’est là qu’on tombe dans l’incohérence car plus il y a de qubits, plus la superposition des états quantiques est instable et peut disparaître avant même que le calcul ordonné ne soit arrivé à terme.
Or, pour maintenir les qubits en état de rotation, donc exploitable, il faut les isoler de toute perturbation environnementale qui pourrait leur faire perdre leur état quantique. Google et IBM y arrivent en isolant leurs processeurs super-conducteurs à des températures inférieurs à celles de l’espace. Ce qui nécessite une technologie cryogénique très peu développée. L’instabilité des qubits signifie qu’ils ne sont pas fiables et que la marge d’erreur dans les calculs est à prendre en considération.
Remettons cette explication dans une situation concrète : imaginez un château de carte, le château représente le processeur et chacune des cartes représente un qubit. Plus il y a de cartes plus le processus est gros donc puissant. Sauf qu’il suffit d’un coup de vent pour que le château s’écroule avant même qu’il soit terminé. Pour cela il faut l’isoler sinon il s’écroulerait avant même qu’aucun calcul n’est le temps d’être réalisé.
Prenons l’exemple de la jeune pousse française, Alice & Bob qui ont réalisé un pas de géant en concevant le qubit supraconducteur le plus stable au monde en multipliant le temps de vie des qubits par 100 000.
Une avancée majeure dans la mise au point de l’ordinateur quantique !
Concrètement, quels pourront être les impacts de l’informatique quantique et quelles seraient ses retombées dans le monde actuel ?
Les débouchés sont multiples, mais le secteur le plus intéressé et qui en tirera le plus grand bénéfice est celui de la simulation. Des entreprises comme EDF, Airbus ou encore de grands groupes de recherches médicales pourront accélérer et optimiser leur centre de Recherche & Développement.
Il peut s’agir d’optimiser les réseaux électriques dans le cadre de l’utilisation des voitures électriques. Il peut aussi y avoir de l’utilisation en R&D dans les domaines de la finance, pour optimiser les algorithmes de trading, ou de la santé, pour accélérer la recherche de médicaments et surtout de traitement.
Dans le domaine médical, il faut savoir que l’informatique quantique a déjà été sollicitée dans la mise au point du système à résonance magnétique utilisé pour diagnostiquer les cancers.
Pour l’instant ce sont IBM et Google les leaders dans la recherche et développement de l’ordinateur quantique.
En 2019, Google affirme que son processeur quantique « Sycamore » aurait effectué un calcul en 200 secondes au lieu de 10 000 ans sur une interface non quantique. IBM annonce sa nouvelle avancée dans le domaine, après son processeur Hummingbird de 65 qubits mis au point en 2020, le constructeur a dévoilé cette année le nouveau processeur quantique Eagle de 127 qubits. Un exploit, car les processeurs avaient été plafonnés jusqu’à présent à 100 qubits. IBM espère pouvoir continuer dans sa lancée et développer un processeur à 1000 qubits d’ici à 2023.
Et la France dans tout cela ? Tout un écosystème est en train de se créer dans le but de faire de la France l’un des premiers pays à atteindre une souveraineté dans le domaine de la technologie quantique. Emmanuel Macron annonce ce 21 janvier un plan quantique à hauteur de 1,8 milliards d’euros sur 5 ans. Un plan complet bien financé et salué par les startups, les industriels, et l’ensemble de la recherche publique.