Ordinateur quantique : qu’est-ce que cela va changer concrètement ?

Pendant quelques minutes, on a eu la naïveté de croire qu’on allait tout comprendre à la l’informatique quantique. Directeur technique  et sécurité de Microsoft France, Bernard Ourghanlian qui donnait une conférence sur le thème a en effet pris soin de multiplier les métaphores pour essayer de faire comprendre à son audience le fonctionnement de ce qui semble être l’un des domaines de recherche les plus excitants du moment.

Au bout de quelques diapos, on est cependant vite arrivé dans le dur. “Intrication quantique”, “fonction d’onde”, “théorie d’Everett”… on ne va pas prétendre avoir tout compris de la physique qui sous-tend le fonctionnement de ces nouveaux ordinateurs. Mais l’événement nous a permis de faire le point sur trois éléments importants.

1/ Quelle différence avec un ordinateur classique ?

Sur un ordinateur classique, l’information est représentée sous forme de bits contenant soit des “0” soit des “1”. Les bits quantiques (ou qubits), eux, peuvent stocker des informations plus complexes que les bits classiques. Ils peuvent être dans l’état “0”, dans l’état “1” mais également dans une superposition de “0” et de “1”. Deux qubits permettent donc de superposer 4 états (2 puissance 2), 4 qubits, d’en superposer 16 (2 puissance 4) etc. Dit plus simplement : la puissance de calcul de l’ordinateur quantique double à chaque fois qu’on lui ajoute un qubit ce qui lui permet en théorie d’atteindre des sommets vertigineux. “Pour 250 qubits en interaction, il faudrait environ 10 puissance 80 bits classiques pour stocker l’équivalent d’information. C’est plus d’atomes qu’il n’y en a dans l’univers visible” explique Bernard Ourghanlian lors de sa conférence et dans un billet de blog qu’on peut retrouver ici. 

[nextpage title=”2/ Qu’est-ce que cela va changer concrètement ?”]Il se murmure que l’ordinateur quantique pourrait casser les systèmes de chiffrement actuellement utilisés. Interrogé sur ce point lors de la conférence, Bernard Ourghanlian n’a pas louvoyé : cette possibilité existe bel et bien.

Casser les systèmes de chiffrement

Bien que la résolution du problème mathématique qui fonde le chiffrement RSA (utilisé notamment dans le e-commerce) prenne un milliard d’année à un ordinateur classique, elle ne prendra en effet que quelques centaines de secondes à un appareil de plusieurs milliers de qubits. “Dès qu’on va s’approcher de l’ordinateur quantique, il va falloir basculer sur des algorithmes post-quantiques, précise le directeur Technique et Sécurité de Microsoft France, avant d’ajouter, rassurant, Ces algorithmes existent déjà.”

La  puissance de l’ordinateur quantique devrait néanmoins aussi nous profiter. Et pour illustrer son propos, Bernard Ourghanlian a présenté au public plusieurs exemples très concrets :

• Réduire le coût de production des engrais et lutter contre le réchauffement climatique

Le processus de fixation d’azote requiert un environnement à très haute pression et à très haute température. Résultat : il consomme à lui seul 1 à 2% de l’énergie mondiale annuelle.

Les chercheurs essayent depuis longtemps d’élaborer un catalyseur permettant la fixation de l’azote à température ambiante. Mais il faut, pour cela, être à même de représenter précisément les réactions chimiques à l’oeuvre. Cette simulation est bien trop complexe pour un ordinateur classique mais elle serait tout à fait à la portée d’un ordinateur quantique de 100 à 200 qubits. Selon Bernard Ourghanlian, une méthode similaire devrait d’ailleurs permettre de créer un catalyseur capable d’extraire le carbone directement depuis l’air. Avec comme possible résultat la réduction “de 80 à 90 % de la quantité de dioxyde de carbone émise dans l’atmosphère”.

• Créer des trains à sustentation magnétique et des réseaux intelligents haute performance

Le train japonais Maglev qui roule à 600 km / heure vous fait rêver ? Sachez que l’ordinateur quantique devrait faciliter le développement de ce type d’appareil. La résolution de certaines équations complexes permettrait en effet d‘élaborer un matériau supraconducteur à température ambiante. Et si un ordinateur traditionnel peine sur ce type de calculs, son alter ego quantique, lui, ne devrait en faire qu’une bouchée. De tels matériaux devraient non seulement permettre la création de trains à sustentation magnétique mais aussi celle de réseaux intelligents haute performance ou encore la transmission de courant électrique sans perte.

[nextpage title=”L’ordinateur quantique, c’est pour quand ? “]“Il n’y a plus de débat sur la faisabilité de l’ordinateur quantique, affirme Bernard Ourghanlian. Mais pour faire quelque chose de sérieux avec ce type d’appareil, il faut au moins 150 ou 200 qubits.” Élaborer une telle machine nécessite évidemment de relever plusieurs défis.

Cent fois plus froid que l’univers profond

“L’ordinateur quantique doit avoir un environnement très stable ce qui implique d’opérer à la température la plus basse possible: -273,13 C°”. Une température cent fois plus basse que le froid de l’univers profond ! Concrètement, l’ordinateur quantique est contrôlé par un ordinateur cryogénique, lui-même piloté par un ordinateur classique. En d’autres termes, ce genre d’appareil n’est pas prêt d’arriver dans votre salon.

Plus il y a  de qubits, plus l’ensemble devient instable

Un autre problème de taille se pose avec les ordinateurs quantiques : plus le nombre de qubits est élevé, plus l’ensemble devient instable. Une partie des qubits doit donc être affectée à la surveillance de ses homologues. Sur ce total de qubits physiques, seul certains d’entre eux seront donc exploitables pour les calculs : on les appelle les qubits logiques. “Et pour l’instant, personne n’en propose 150”, explique Bernard Ourghanlian.

Le directeur technique et sécurité de Microsoft France est cependant très optimiste quant au succès de l’approche adoptée par sa société dans ce domaine : “Beaucoup d’experts prévoient l’arrivée de l’ordinateur quantique d’ici 10 ou 15 ans. Je serais très surpris que cela prenne autant de temps”.

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