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START Guide - La tech pour les nuls : L'ordinateur Quantique

L’informatique quantique ou encore les calculateurs quantiques ou enfin l’ordinateur quantique, voilà que la presse semble avoir attrapée une fièvre quantique car on entend chaque jour parler de plus en plus de systèmes informatiques quantiques.

AUJOURD'HUI j’ai décidé de vous faire une présentation de ce qu’est un ordinateur quantique tel qu’on l’image et tel qu’on commence à le réaliser…

Avant tout, petit rappel de comment fonctionne l’informatique que vous et moi utilisons chaque jour.


L’informatique est partout et nous avons souvent l’impression que tout est possible avec quelques lignes de codes informatiques, et en effet, de nombreuses choses sont possibles.

Toutefois, un ordinateur dit classique ne fait que traiter des données sous formes de « bits », c’est-à-dire de 0 ou de 1. Plus précisément, pour un ordinateur classique, une lampe peut être éteinte ou allumée. Point Final. Et c’est cet enchainement de 0 et de 1 qui fait l’information. Tout le monde numérique n’est que 0 et 1… L’ensemble des données informatiques, musique, films, jeux vidéo, tout n’est qu’une suite de 0 et de 1. Certains diront alors qu’un ordinateur classique a une vision bien binaire de notre monde… Et ils auront alors raison.


Maintenant, vous commencer peut-être à sentir l’existence de limites à ce que peut faire un ordinateur classique si sa perception du monde est uniquement en noir et blanc, autrement dit en 0 et en 1….

Imaginez si un ordinateur que nous appellerons quantique pour ne pas le nommer, était capable de discerner l’ensemble des valeurs situées entre 0 et 1…. Imaginez non plus une lampe allumée ou éteinte, un simple bit, mais comprenant un variateur, capable d’exprimer une infinité d’états entre celui d’être allumée à pleine puissance et celui d’être éteinte, ce que l’on appelle un « qubit ». Imaginez donc un ordinateur capable d’appréhender une donnée dans sa forme la plus naturelle qui soit, c’est-à-dire nuancée de couleur….


Il est important à ce stade de comprendre qu’un ordinateur quantique s’appuie, comme son nom l’indique, sur la mécanique quantique pour traiter l’information.

Je ne vais pas vous faire un court de physique mais uniquement vous parler de deux principes fondamentaux qui sont à l’origine de la puissance de calcul d’un ordinateur quantique : Il s’agit de la notion de superposition d’états quantiques et de la notion d’intrication, deux étrangetés que je vais me faire un plaisir de vous présenter.


De manière simple, la superposition d’états quantiques peut se traduire par une expérience de pensée qu’Erwin Schrödinger imagina en 1935. Ame sensible s’abstenir…. Imaginez un chat dans une boite équipée d’un dispositif capable de le tuer de manière silencieuse et indolore. Ce dispositif meurtrier est configuré pour s’actionner à tout moment de manière aléatoire, si bien qu’une fois la boite fermée, il est impossible de savoir si le chat est mort ou bien s’il est vivant… On dit alors que le chat est dans une superposition d’états, à la fois mort et vivant…. et que seule l’ouverture de la boite permet de répondre à la question : le chat de Schrödinger est-il vivant ou mort ?


Prenons l’exemple plus simple, et bien moins meurtrier, du célèbre jeu de pile ou face et imaginez que vous lanciez une pièce en l’air. Tant que la pièce tourne, nous pourrions dire qu’elle est une superposition d’états pile et face. Seule la mesure, c’est-à-dire lorsque la pièce est dans votre main, permet de définir clairement son état qui sera soit pile, soit face.

Ce principe se généralise et pour une particule par exemple, la physique quantique prédit une pluralité d’état possibles avant mesure, et c’est lors de la mesure que la particule ne présente plus qu’un seul état déterminé…. Ainsi, par exemple, la position d’une particule est incertaine, il n’existe qu’une probabilité pour qu’elle soit ici ou là, mais lorsque l’on mesure sa position, celle-ci devient déterministe et sa position est alors certaine. Cela revient donc à dire qu’un qubit présente une superposition d’états entre 0 et 1 tant qu’on n’a pas mesuré son état.


Autant dire que vous commencez à comprendre pourquoi Richard Feynman disait que celui qui croit avoir compris la mécanique quantique, n’a en fait rien compris du tout….


C’est un univers où les lois défient notre sens commun, et encore plus avec le principe d’intrication….

L’intrication quantique est peut-être encore plus déroutante…. Imaginez deux personnes dites intriquées…. Si vous en chatouillez une, l’autre rigole, si l’une boit de l’alcool, l’autre est saoule…. Autrement dit, lorsque deux objets sont intriqués, l’un et l’autre s’influencent…. Mieux encore, il est alors possible de connaitre l’état de l’un en questionnant l’autre… vous voyez où je veux en venir….


Imaginons un second chat dans une seconde boite, ce chat est intriqué avec le chat de Schrödinger de sorte que lorsque l’on ouvre la boite du second chat, son état vivant ou mort corresponde à l’état opposé du chat de Schrödinger toujours dans sa boite…. Cela permet dès lors de conserver l’état de superposition du chat de Schrödinger tout en effectuant une mesure indirecte de son état, via ce second chat intriqué. On peut ainsi mesurer indirectement un état sans en perturber les propriétés quantiques.

Chose incroyable, peu importe la distance séparant les deux objets intriqués, l’influence de l’un sur l’autre est instantanée….


C’est sur la base de ces deux concepts qui semblent sortir d’un livre de science-fiction que repose la conception et le fonctionnement d’un ordinateur quantique.

En effet, l’ordinateur quantique, par son architecture et l’élaboration de ses algorithmes, va utiliser ces deux principes pour pouvoir disposer d’une puissance de calcul phénoménale… Imaginez par exemple faire le ménage de votre maison… dans un univers classique, vous êtes là, seul, à ranger, pièce par pièce, objet par objet…. Dans un univers quantique, vous êtes dans plusieurs pièces à la fois, renageant plusieurs objets en même temps…. C’est exactement comme résoudre un labyrinthe en imaginant tester tous les chemins en même temps… La puissance Quantique est là !


D’ailleurs, cela fait bien longtemps que l’homme rêve à cette puissance.

Dès 1970, Richard Feynman et certains de ses collègues physiciens commencent à imaginer le concept d’ordinateur quantique…. L’idée de base était assez simple et logique : comment réussir à simuler, à modéliser des phénomènes quantiques avec des ordinateurs classiques ? Le concept d’ordinateur quantique était alors né…


Ce concept est resté sur les étagères durant de très nombreuses années, attendant patiemment les progrès de la nanotechnologie, de la cryogénie ou encore des lasers pour enfin émerger et venir sur le devant de la scène des révolutions technologiques….

En effet, aujourd’hui il existe de nombreux moyens pour réaliser des systèmes quantiques, que cela soit des systèmes à base d’ions piégés à très basse température, ou bien des systèmes hérités de la microélectronique et utilisant dans circuits supraconducteurs.

A ce jour néanmoins, c’est ce second système qui est couramment utilisé non pas pour faire un ordinateur quantique au sens où vous l’entendez mais pour réaliser une machine dont l’architecture est capable d’exécuter un ou quelques algorithmes quantiques destinés à résoudre un problème bien précis.

Pour cela par exemple, nous pouvons utiliser des transistors réalisés à base de supraconducteurs, placée à des températures proches du zéro absolu (-273°C) qui dans ces conditions présentent un comportement quantique, on réalise ce qu’on aime appeler des atomes artificiels présentant des propriétés quantiques comme celles décrites précédemment. Puis, tout comme ont conçoit un circuit électronique, on va concevoir un circuit à base de supraconducteurs et de technologies micro-ondes.


Les deux principales limitations à l’élaboration à grande échelle de ce type de technologie sont d’abord et avant tout le problème de décohérence, puis le problème de la température…

En effet, pour que le système ainsi conçu puisse effectuer des calculs, il se doit d’être dans un état quantique, or un phénomène dit de décohérence vient tout perturber. En effet, compte tenu que les atomes ainsi obtenus sont artificiels, ils évoluent dans un environnement hautement contrôlé, mais qui ne peut empêcher des perturbations de se produire, si bien que le système perd son caractère quantique, il perd sa cohérence quantique… Imaginez un château de carte que l’on cherche à isoler du vent et de toutes vibrations, le moindre souffle faisant tout tomber…


C’est d’ailleurs pour cela que le second problème se pose, celui de la température ultra basse, car c’est une des clefs pour la préservation de la cohérence quantique et également pour permettre aux circuits quantiques d’atteindre la température à laquelle les phénomènes quantiques peuvent être observés. Et autant vous dire que des installations permettant de disposer de ce type de température sont conséquentes, volumineuses, coûteuses et complexes.


Toutefois, à l’heure actuelle, certains de ces calculateurs sont déjà opérationnels, et des laboratoires dans le monde entier travaillent pour permettre la réalisation du rêve de Richard Feynman.

Et justement, pour finir cet article, j’aimerais que nous plongions dans sa vision de l’ordinateur quantique, un ordinateur capable de simuler les lois de l’univers, de décrypter n’importe quel système cryptographique qui existe à ce jour, un ordinateur qui ouvrira la voie à une compréhension plus profonde de la nature même de la réalité, un ordinateur qui révolutionnera notre monde tant sur le plan de l’informatique que sur le plan économique, un ordinateur à qui l’on donne déjà une puissance sans limite….


Par Benjamin DELSOL


A propos : Benjamin DELSOL est Conseil en Propriété Industrielle, Docteur en Nano-électronique Quantique, Coach-Mentor, Conférencier et Auteur, il accompagne régulièrement les Leaders de demain sur la voie du succès. C'est au travers de ses connaissances accumulées au fil des années et de ses expériences sur le terrain que Benjamin a développé son expertise en leadership, ses compétences en développement des performances intellectuelles, et sa science du succès.

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