Les ordinateurs quantiques

Les ordinateurs quantiques sont-ils le monstre du Loch Ness de l'informatique ?

L’ordinateur quantique, beaucoup en parlent … mais très peu l’ont réellement vu.

Ne serait-il donc qu’une lubie sortie de quelques cerveaux souhaitant faire du buzz sur Internet ?

Eh bien : non ! Contrairement au monstre du Loch Ness, l’ordinateur quantique est effectivement un concept issu des supputations théoriques du mathématicien américain Peter Shor en 1994.

Aujourd’hui, des équipes travaillent effectivement à traduire ce concept dans la réalité physico-chimique et des milliards de dollars ont déjà été investi dans sa mise en œuvre.

Celles et ceux pour qui ce concept reste nébuleux mais habitent relativement proche de Bâle (Suisse) peuvent en découvrir une vision artistique [00]. En effet, le H.E.K (Maison dédiée aux arts électroniques) abrite une exposition créée par la physicienne anglaise jusqu’au 26 mai 2024, du mercredi au dimanche de 12h00 à 18h00, Freilager-Platz 9, Münchenstein/Basel [01].

Les ordinateurs quantiques : une utilité encore sujette à caution.

Jusqu'à présent : beaucoup d'argent investi pour de modestes résultats

Le concept d’ordinateur quantique n’anime pas que le monde scientifique et l’animation qu’il suscite n’est pas que positive…

Il fait également battre le cœur de ses sponsors parce qu’il coute pour le moment très cher sans offrir encore suffisamment de retour sur investissement.

Les détracteurs mettent en avant le fait que ces nouveaux calculateurs n’ont que quelques douzaines de q-bits et que leur fonctionnement reste encore trop souvent entaché d’erreurs de calculs surgissant de manière erratique (au hasard).

Les enthousiastes pensent au contraire qu’il offre enfin l’opportunité de dépasser les frontières actuelles du savoir [02 ; pp. 18-22].

Toujours est-il que la recherche de débouchés utiles devient donc une priorité [03]. En effet, les idées de Peter Schor (alors mathématicien au M.I.T.) n’ont pas encore atteint une maturité suffisante.

La suprématie quantique annoncée par Google en octobre 2019 et prétendument démontrée au travers d’une machine contenant seulement 54 q-bits ayant résolu en quelques centaines de secondes un problème qu’une machine traditionnelle aurait réussi à calculer en dix-mille ans, ne convainc pas tout le monde.

Le défi est énorme et risque d’occuper théoriciens, informaticiens, chimistes et physiciens encore un bon bout de temps [03].

Ordinateurs quantiques et intelligence artificielle

La puissance de calcul à vrai dire ridicule des premiers exemplaires (inférieure à 100 Q-bits in 2021) ne décourage pourtant pas les défenseurs de sa cause. Les capacités ont d’ailleurs été augmentées depuis. Un article récent annonce d’ailleurs qu’une série de 14 000 opérations ont pu être réalisées sans erreur [13].

Certains adeptes estiment que ces machines n’auront un intérêt réel que lorsque leur puissance aura dépassé les 1 000 Q-bits et qu’elles permettront de concurrencer les versions classiques des ordinateurs dans la modélisation d’objets tri-dimensionnels, par exemple les molécules chimiques ou les représentations du cosmos.

Cette puissance devrait être atteinte dans les très prochaines années, si ce n’est pas déjà fait. Il existe d’ores et déjà des collaborations entre la recherche fondamentale sur les particules physiques et celle sur la biochimie moléculaire. Elles permettent, grâce à l’usage de spectromètres sophistiqués de préciser la structure des virus et de concevoir les futurs médicaments permettant a minima de les neutraliser.

Les ordinateurs quantiques et le cryptage des informations électroniques

Par ailleurs, le système actuel de cryptage des informations -dit R.S.A et mis en place au cours des années soixante-dix, montre progressivement ses limites. Cette faiblesse invite à poursuivre ardemment le développement des ordinateurs quantiques. Ainsi, « les convaincus d’avance » poursuivent obstinément leur route. Les premiers exemplaires de ces drôles de machines sont d’ailleurs construits et testés aux Etats-Unis et en Allemagne. Les installations nécessitent elles aussi de maîtriser les techniques des très basses températures et du refroidissement.

Initiation au cryptage des ordinateurs quantiques

Quoiqu’il en soit, les passionnés comprenant l’américain peuvent d’ores et déjà s’initier à l’histoire [04], aux langages [05] et à la programmation de ces étranges machines. Elles façonneront à n’en pas douter l’intelligence artificielle du futur ; voir par exemple : Q# (Microsoft), Qiskit [06 ; IBM], Cirq [07 ; Google], Forest [08 ; Rigetti Computing], tket [09 ; Cambridge Quantum Computing], silq [10 ; ETH], [11 ; Canada].

Bibliographie indicative

Rappel important : Tous ces liens sont donnés à titre indicatifs. Le site cosmoquant.fr ne fournit aucun accès direct aux sites mentionnés. Vous les visitez sous votre propre responsabilité et assumez seuls tous les risques liés à ces visites.

[00] Roeschmann, D.: Das queere Leben der Teilchen; Badische Zeitung, Kultur, Samstag 6 April 2024.

[01] Libby Heaney: Quantumsuppe; Website: www.hek.ch

[02] Beyond quantum supremacy: the hunt for useful quantum computers; Nature, new features, 2 October 2019.

[03] Quantum computing error problem; Sciences News, June 20, 2020.

[04] The biggest flipping challenge in quantum computing; Sciencemag.org, July 9, 2019.

[05] https://quantum.country/qcvc

[06] B. Heim et al. Nature Rev. Phys. 2, 709-722 ; 2020.

[07] https://qiskit.org/

[08] https://quantumai.google/cirq

[09] https://qcs.rigetti.com/sdk-downloads

[10] https://cqcl.github.io/pytket/build/html/index

[11] https://silq.ethz.ch

[12] https://mathstat.dal.ca/-selinger/quipper/

[13] Microsoft und Quantinuum melden Fortschritt bei Ionenfallen-Qubits, Spektrum.de, News, 10.04.2024, https://www.spektrum.de/news/quantencomputer-microsoft-und-quantinuum-melden-fortschritt/2213406.