L’ingénierie informatique peut servir de base
pour les logiciels, les algorithmes et l’infrastructure des systèmes informatiques quantiques.
Les ingénieurs informatiques peuvent concevoir des programmes et applications qui vont exploiter les capacités de l’informatique quantique.
Superposition, entrelacements sont des propriétés quantiques permettant de réaliser des calculs complexes plus rapidement.
Découvrez ici les bases de l’informatique quantique.
1. C'est quoi l'informatique quantique ?
L’informatique quantique est un domaine de l’informatique qui se base sur les principes de la mécanique quantique pour stocker, manipuler et traiter l’information.
Le concept
Richard Feynman a introduit le concept en 1982 dans une conférence intitulée « Simulating Physics with Computers« .
Feynman a suggéré que les ordinateurs classiques ne sont pas suffisamment efficaces pour simuler les systèmes quantiques complexes et qu’il faudrait plutôt utiliser des systèmes basés sur les lois de la mécanique quantique pour les étudier.
Les principaux contributeurs
Yuri MANIN a posé les bases théoriques.
Paul BENIIOFF a imaginé l’ordinateur quantique.
David DEUTSCH a proposé le modèle de calculateur quantique, clé de l’informatique quantique actuel.
Peter SHOR a démontré l’avantage de l’ordinateur quantique dans la cryptographie.
Le principe de base
Contrairement à l’informatique classique qui utilise des bits pour représenter l’information sous forme de 0 et de 1, l’informatique quantique utilise des qubits (quantum bits) qui peuvent exister dans plusieurs états simultanément, grâce à une propriété appelée superposition quantique.
La superposition quantique permet aux qubits d’être à la fois 0 et 1 en même temps, ce qui offre une puissance de calcul et de traitement considérablement plus élevée que les bits classiques.
De plus, les qubits peuvent être « entrelacés » les uns avec les autres, ce qui signifie que l’état d’un qubit peut affecter l’état de plusieurs autres qubits à la fois.
Cela permet d’exécuter des calculs simultanément et parallèlement, ce qui rend l’informatique quantique bien adaptée à la résolution de problèmes complexes et à la simulation de systèmes physiques.
Des défis importants
Cependant, l’informatique quantique présente également des défis techniques importants.
Les qubits sont extrêmement sensibles aux interférences et aux erreurs, ce qui rend la création et le maintien de leur état quantique délicats.
Les scientifiques et les chercheurs travaillent actuellement sur le développement de différents types de qubits et de techniques de correction d’erreur pour surmonter ces obstacles.
L’informatique quantique suscite un grand intérêt dans de nombreux domaines, tels que :
- la cryptographie,
- la simulation de molécules,
- la recherche d’optimisation,
- l’intelligence artificielle,
- et bien d’autres.
Bien que cette technologie en soit encore à ses débuts, elle a le potentiel de révolutionner de nombreux aspects de la science, de la technologie et de la société.
2. Quel est l'intérêt de l'informatique quantique ?
L’informatique quantique présente plusieurs avantages et intérêts par rapport à l’informatique classique :
Puissance de calcul accrue
Les ordinateurs quantiques ont le potentiel de résoudre certains problèmes de manière beaucoup plus rapide que les ordinateurs classiques.
Grâce aux principes de superposition et d’entrelacement quantiques, ils peuvent effectuer simultanément un grand nombre de calculs parallèles, ce qui les rend extrêmement performants pour certaines tâches spécifiques.
Résolution de problèmes complexes
L’informatique quantique est particulièrement adaptée à la résolution de problèmes complexes qui exigent une énorme quantité de calculs.
Des applications telles que :
- la factorisation d’entiers très grands,
- l’optimisation combinatoire,
- la simulation de molécules,
- ou de systèmes quantiques complexes
peuvent bénéficier de la puissance de l’informatique quantique.
Cryptographie et sécurité
L’informatique quantique peut également avoir un impact sur la sécurité des systèmes et de la cryptographie.
Les ordinateurs quantiques sont capables de casser efficacement certains algorithmes de cryptographie utilisés actuellement, ce qui nécessite le développement d’algorithmes de cryptographie quantique et de nouvelles méthodes de sécurité pour contrer ces attaques potentielles.
Simulation des systèmes physiques
Les ordinateurs quantiques peuvent simuler des systèmes physiques complexes avec une grande précision.
De nouvelles voies sont ouvertes dans des domaines tels que :
- la chimie,
- la physique des matériaux,
- les sciences de la vie,
- l’astronomie,
et permet de faire des découvertes et des avancées scientifiques plus rapidement.
Machine learning et intelligence artificielle
L’informatique quantique peut avoir un impact important sur le domaine de l’intelligence artificielle (IA) et de l’apprentissage automatique (machine learning).
Les algorithmes quantiques peuvent améliorer la vitesse d’exécution des tâches d’IA, tels que l’optimisation des réseaux de neurones et la recherche de motifs complexes.
Optimisation des ressources
L’informatique quantique peut contribuer à l’optimisation de diverses ressources, telles que :
- l’énergie,
- les transports,
- la logistique,
- la planification,
– …
Les ordinateurs quantiques peuvent trouver des solutions plus efficaces et économiques à des problèmes d’optimisation complexes.
Cependant, de nombreux chercheurs et entreprises travaillent activement sur le développement de cette technologie prometteuse.
3. Quel est l’exemple actuel le plus concret d’informatique quantique ?
Sycamore
L’objectif de Sycamore est de démontrer la « suprématie quantique« , c’est-à-dire de réaliser une tâche spécifique plus rapidement et plus efficacement qu’un supercalculateur classique.
Dans le cas de Sycamore, il s’agissait d’exécuter un calcul de génération de nombres aléatoires pseudo-aléatoires complexes pour démontrer une avance significative par rapport aux ordinateurs classiques.
Ce calcul, qui aurait pris des milliers d’années sur les meilleurs ordinateurs classiques disponibles, a été effectué par Sycamore en environ 200 secondes.
4. Combien existe-t-il d'ordinateurs quantiques ?
À l’heure actuelle, il existe plusieurs entreprises, laboratoires de recherche et institutions qui développent des ordinateurs quantiques.
Cependant, compte tenu de la complexité et de la nouvelle nature de cette technologie, les ordinateurs quantiques fonctionnels disponibles sont encore limités en termes de puissance de calcul et d’évolutivité.
Les leaders quantiques
- IBM avec son système IBM Quantum,
- Google avec son processeur Sycamore,
- D-Wave Systems qui propose des ordinateurs quantiques basés sur la technologie des qubits supraconducteurs.
- Microsoft,
- Intel,
et d’autres acteurs majeurs de l’industrie des technologies de l’information investissent également dans la recherche et le développement des ordinateurs quantiques.
Les ordinateurs quantiques actuellement disponibles sont encore en cours de développement et souvent utilisés pour des expérimentations et des recherches.
La construction d’un ordinateur quantique puissant et largement accessible reste un défi technologique en cours, mais les progrès continus sont prometteurs.
5. Quel est l’impact de l’informatique quantique sur l’économie ?
L’informatique quantique promet d’avoir un impact significatif sur l’économie à différents niveaux.
Voici quelques-uns des impacts potentiels de l’informatique quantique :
Optimisation des processus
L’informatique quantique peut résoudre des problèmes d’optimisation complexes de manière plus efficace et rapide que les ordinateurs traditionnels.
Cela pourrait conduire à des améliorations dans divers domaines tels que la logistique, la planification des itinéraires, la gestion de chaîne d’approvisionnement, l’allocation des ressources dans un premier temps.
L’optimisation plus rapide pourrait entraîner des économies de coûts et une meilleure efficacité opérationnelle pour les entreprises.
Recherche et développement
L’informatique quantique a le potentiel de révolutionner la recherche scientifique dans de nombreux domaines.
Les simulations quantiques pourraient permettre de modéliser des phénomènes complexes tels que la modélisation des molécules, la médecine personnalisée, ou la conception de nouveaux matériaux.
Des découvertes scientifiques aux implications importantes sont donc attendues pour :
- l’industrie pharmaceutique,
- l’industrie des matériaux,
- la biotechnologie.
Secteur financier
L’informatique quantique pourrait également avoir un impact sur le secteur financier en améliorant le calcul des risques, la modélisation financière et l’optimisation des portefeuilles.
Les algorithmes quantiques pourraient être utilisés pour traiter de grandes quantités de données et aider à prendre des décisions d’investissement plus éclairées et plus rapides.
Cependant, il est important de noter que l’informatique quantique est encore en développement et il faudra du temps avant que ses avantages potentiels ne soient pleinement réalisés.
De plus, il existe également des défis à relever tels que :
- la stabilité des qubits,
- la correction des erreurs quantiques,
- la mise à l’écchelle des systèmes quantiques,
- et bien d’autres encore !
Ils nécessitent des recherches et des avancées supplémentaires.
