L’informatique quantique : est-elle pour tout le monde ?

Dernière mise à jour: 13.06.21

 

Si ce sujet n’est pas tout de suite compris par la masse, il pourrait être à l’origine d’une évolution sans précédent de notre civilisation. Effectivement, bien que l’informatique quantique ait toujours été comme une sorte de trésor inaccessible, cela pourrait bien changer. Google quantique a en effet surpris le monde en annonçant ses avancées dans ce domaine. Si ce projet se concrétise, l’informatique quantique pourrait bien être accessible à tous dans les années à venir.

 

Le principe de l’informatique quantique

Pour ceux qui sont totalement étrangers à cette notion, l’objectif à atteindre dans la recherche concernant l’informatique est simple. Cela consiste tout bonnement à trouver une façon d’accélérer l’exécution des longues instructions en vague. Pour arriver à ce stade, les scientifiques qui se spécialisent dans ce domaine utilisent des procédés observés notamment en mécanique quantique.

Pour en revenir au fait, le but de cette recherche est de fabriquer des ordinateurs quantiques capables de ridiculiser les superordinateurs de notre époque. Ce dispositif nouvelle génération pourra faire la résolution des équations mathématiques complexes qui prendraient beaucoup de temps de travail pour le supercalculateur actuel. D’ailleurs, il existe des problèmes mathématiques qui restent encore sans réponse à cause des limites de la technologie ismart contemporaine.

Les problèmes incontournables constatés dans les autres domaines comme celui de la météorologie sur le changement climatique pourraient aussi être traités d’un coup. On peut tout aussi citer les calculs liés à l’éventualité de l’existence d’une exoplanète visible dans la galaxie. L’informatique quantique pourrait aussi apporter ses performances dans le domaine de la médecine pour aider à combattre les cellules cancéreuses ou autre problème.

Si le programme voit le jour, toutes ces limites observées dans plusieurs domaines d’activités du monde actuel disparaîtraient rapidement. Même si le fruit de la recherche ne permettrait pas d’apporter une solution intégrale, mais dans un ordre partiel, l’informatique quantique restera toujours un grand pas dans l’histoire de la civilisation actuelle.

Comprendre l’informatique quantique

Pour simplifier les choses, les lignes qui suivent seront spécialement dédiées afin d’expliciter l’informatique quantique pour les nuls. Alors, qu’est-ce que le quantique ? Pour expliquer le fonctionnement de ce concept hors norme, on peut partir d’un exemple très simple à l’aide de n’importe quel ordinateur. Pour ceux qui ont déjà eu l’occasion de programmer une macro sur le logiciel Excel, vous avez pu remarquer un fait étrange. Lorsque vous mettez des lignes de saisie supplémentaires en bas d’une feuille, les colonnes de ce tableau sont utilisées comme entrée pour une longue formule.

Et au fur et à mesure que la formule se recalcule avec l’ajout, le temps de traitement devient de plus en plus long. Sachant que le nombre de lignes d’entrée s’accroît de façon linéaire, la durée requise par la macro augmente de manière exponentielle.

Vous pouvez observer un phénomène similaire en écrivant un programme destiné à un superordinateur. Bien que l’échelle soit différente, l’effet reste le même et vous pourrez le constater en lisant les journaux de log de l’appareil en question.

En bref, tout algorithme, quelle que soit sa simplicité, ne peut plus être applicable à cause du poids important des données d’entrée qui pèsent sur lui. Cette réalité est toujours d’actualité qu’importe la puissance d’un ordinateur.

C’est là que l’informatique quantique va entrer en jeu pour résoudre ou tout simplement pour éliminer ce problème du tableau. Si ce projet se concrétise, cette nouvelle génération de l’informatique sera capable de railler le phénomène d’allongement du traitement d’un calcul quantique et bien d’autres opérations.

Si l’on ne parle ici que d’une hypothèse théorique, le fonctionnement d’un ordinateur quantique serait alors plus puissant que n’importe quel superordinateur actuel. Cette différence de performance se verra notamment sur le fait qu’il n’y aurait plus de temps d’attente pour les opérations de calculs et autres traitements informatiques. Cela est possible en utilisant son aptitude de calcul de style linéaire.

Le résultat est que pour chaque accroissement du nombre de cycles d’un algorithme quantique, la durée de temps épuisée au cours du traitement des calculs s’accroît de façon infime jusqu’à ce que l’intervalle temporel entre les charges d’exécution devient minuscule et non mesurable. Ainsi, pourquoi l’informatique ? Le but de l’informatique quantique dans sa généralité est donc de mettre en commun les différents types de problèmes qu’ils soient faciles ou difficiles.

Selon le dire de John Preskill qui enseigne la physique théorique à l’université de Caltech il y a 4 ans de cela, la résolution de certains problèmes nous sera plus accessible grâce à un univers réglementé par des règles et l’énergie quantique.

 

Différence entre l’informatique quantique et classique

Il faut savoir qu’un ordinateur construit actuellement exploite le caractère naturel des électrons pour fournir des résultats qui se rapprochent de la logique booléenne. C’est-à-dire que pour 2 états spécifiques, il faut un certain état de sortie. L’unité de base de cette opération est le chiffre binaire avec un état constant de 0 ou de 1. Dans les transistors, ces 2 états se présentent sous forme de haute et de basse tension.

Cela dit, qu’est-ce qu’un ordinateur quantique ? Tout ce qui le compose est totalement différent de ce que l’on vient d’expliquer. Son unité de base d’enregistrement est le Qubit qui entrepose un état de 0 et/ou 1 contrairement à un ordinateur classique. Au lieu de recourir aux transistors, les mathématiques quantiques veulent que la structure se procure ces qubits en détruisant les atomes de champs électriques perpendiculaires les uns par rapport aux autres. Ce procédé permet de mettre en ligne les ions, mais également de les garder sans contact et équivalent.

Bien que les termes utilisés puissent encore être difficiles à assimiler, c’est la manière la plus simple pour comprendre l’informatique en se référant à ses 2 types d’appareils. Vous pourrez néanmoins trouver plusieurs informations complémentaires dans le reste de cet article ou télécharger des manuels prévus à cet effet, à l’exemple de la physique quantique pour les nuls PDF.

Le fonctionnement et les compromis de l’informatique quantique

Pour dire les choses clairement, on ne peut pas dire que l’ordinateur quantique exécute ses programmes plus vite qu’un PC ou qu’un serveur de type x86. Tout simplement parce qu’un programme pour un tel ordinateur serait d’un ordre totalement différent de tout ce que l’on a pu créer jusqu’à aujourd’hui pour les processeurs binaires.

Il existe un univers entre l’interprétation d’une équation mathématique intelligible par un être humain en un programme binaire et celle du même sujet en un programme d’un ordinateur quantique. Et en ce qui concerne son application, on observe plusieurs compromis essentiels à ne pas négliger quand on entre dans le domaine de l’informatique quantique. En effet, il existe des compromis qui peuvent faire peur sur le plan pratique. Il faut le dire, un ordinateur quantique propose rarement une solution correcte pour un problème donné.

 

L’informatique quantique pour tous est-ce possible ?

Depuis plusieurs années déjà, plusieurs géants du secteur informatique ont conclu des partenariats et toutes sortes d’associations pour atteindre cet objectif. Pour l’ordinateur quantique IBM, son système Q System One fait déjà mieux que son ascendant avec un volume quantique doublé. En poursuivant sur cette lancée, l’informatique quantique connaîtra bien assez tôt la gloire auprès des multiples sociétés par rapport au modèle classique que l’on utilise actuellement.

Après qu’IBM ait sorti son Q System One, il est passé en tête des concepteurs qui possèdent un système avec le volume quantique le plus élevé. Bien que cela n’ait pas encore un grand impact sur l’utilisation, cette situation pourrait changer dans quelques années à peine en continuant sur cet enthousiasme et cette persévérance dans la recherche de résultats toujours plus probants.

Si le produit est déjà accessible, il sera difficile de trouver un guide d’achat en ce qui concerne l’informatique quantique. En effet, la notion de volume quantique est une mesure de performance qui montre les avancés accomplis dans la recherche de l’avantage quantique. Ce Quantum Advantage devient intéressant lorsque les applications quantiques seront en mesure de donner des atouts significatifs à l’instar des ordinateurs classiques.

Pour déterminer le volume quantique d’un système, on se réfère au nombre de qubits, au temps de cohérence, à la connectivité ainsi que les autres fonctionnalités. Avec son dernier système, IBM affirme que ce dernier possède un processeur de 20 qubits et produit un volume quantique de 16. En faisant la comparaison avec son prédécesseur qui ne donnait qu’un volume quantique de 8, les promesses sont tenues pour IBM.

Dans cette course pour l’ordinateur quantique, Google est aussi dans le rang des géants en affirmant avoir atteint l’apogée de ce domaine. Il y a 2 ans de cela, une fuite au sein de l’entreprise a permis de savoir que la société a réussi à créer un ordinateur quantique très rapide qui a la capacité d’exécuter des tâches inaccessibles aux ordinateurs classiques, même les plus puissants.

L’histoire commence en septembre de l’année 2019 lorsque la Nasa a publié par mégarde un article qui mentionne le nom Google avec le mot suprématie quantique. Il faut savoir que plusieurs entreprises sont en course pour atteindre ce stade technologique qui reste toujours accessible à moitié. En 2012, le professeur John Preskill propose une théorie quantique sur cette notion de suprématie. En gros, cette étape fait référence à un cap franchi par un ordinateur qui sera apte à exécuter des tâches qui seront normalement ingérables pour un dispositif classique même les plus puissants en termes de composant.

Alors que cet article avait fait polémique auprès de nombreuses institutions et des scientifiques, Google n’est pas allé dans ce sens pendant les entretiens médiatiques. Pourtant un mois et plus en octobre de la même année, il affirme avoir bel et bien réussi cet exploit à travers un article paru dans la revue Nature. Grâce à un ordinateur quantique de fabrication locale de l’entreprise, une équipe située à Santa Barbara a réussi pour la première fois depuis l’histoire à traiter un calcul très complexe avec une vitesse incroyable de 3 minutes et 20 secondes. Là où il aurait fallu plus de 10 000 ans au plus puissant des supercalculateurs.

Pourtant, cette prouesse connaît encore plusieurs problèmes notamment celui de l’obstacle de la décohérence. En principe, les ordinateurs quantiques se basent sur les propriétés de la physique quantique. Ce domaine décrit en effet le monde en utilisant une échelle des particules subatomiques. Force est de constater alors que ces appareils ne sont pas régis par les règles de la physique classique. Comme il a été dit, le qubit qui est l’unité de mesure utilisée dans l’ordinateur quantique est capable d’opérer une fonction de superposition quantique en usant à la fois de l’état 0 et de 1.

Néanmoins, il faut savoir que la prise en charge de 2 configurations en même temps rend le processus très fragile. En ce sens, un appareil quantique peut basculer rapidement et avec facilité vers un état quantique fragile vers un état classique stable. C’est ce phénomène qui sera appelé la décohérence quantique. Pour faire simple, la propriété quantique d’un ordinateur ne dure pas indéfiniment et fera revenir l’appareil à un état classique.

Alors que le stade de basculement vers la suprématie quantique a été défini à 50 qubits, Google avait pu faire sa démonstration avec 53 qubits. Pour démontrer son efficacité, l’ordinateur avait pour mission de produire des nombres aléatoires qui présentent des corrélations que seul un algorithme quantique peut concevoir. Pourtant il faut aussi savoir que cette démonstration de la suprématie quantique se fait en 2 étapes. D’une part, il faut que le problème soit résolu par l’ordinateur quantique et d’autre part il faut montrer qu’un ordinateur classique ne peut pas le faire.

Bien que le chemin soit encore long avant de parvenir à un réel avancé palpable dans le domaine de l’informatique quantique, on peut affirmer que cette technologie pourra être accessible à tout le monde à travers un ordinateur quantique grand public le moment venu. En attendant, utilisez un disque dur externe 4 To pour mieux conserver vos données. 

 

 

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