Calcul quantique : l’avenir commercial

Que la réalisation de calculateurs quantiques de taille intéressante soit possible ou non à terme, leur premier avenir commercial ne serait probablement pas dans des applications grand public : le calcul quantique ne sait traiter que peu d’entrées et peu de sorties, avec autant de complexité que souhaité. Il ne se prête donc a priori très bien aux calculs dont la complexité réside dans la combinatoire. On trouve ces problèmes dans l’ordonnancement et les autres calculs de recherche opérationnelle, en bio-informatique, et bien entendu en cryptographie. Le faible volume des entrées-sorties par rapport à celui du traitement rend par ailleurs possible et même indiqué leur usage à distance à travers le réseau Internet [EN VIDÉO] Interview : en quoi un ordinateur quantique est-il différent ?Le monde quantique est fascinant : à cette échelle, par exemple, les objets peuvent se trouver simultanément dans plusieurs états. Exploitant ce principe, un ordinateur quantique aurait des possibilités bien plus vastes qu’un modèle classique. Dans le cadre de sa série de vidéos Questions d’experts, sur la physique et l’astrophysique, l’éditeur De Boeck a interrogé Claude Aslangul, professeur à l’UPMC, afin qu’il nous explique le fonctionnement de cette étrange machine

La mesure quantique : l’environnement interagit avec les qubits

Pourtant, lorsque l’environnement interagit avec les qubits (ce qui est nécessaire pour que la mesure quantique fonctionne), celui-ci va changer de manière incontrôlable leurs états quantiques. C’est ce qu’on appelle la décohérence. Celle-ci peut provenir de nombreux aspects de l’environnement : modifications des champs magnétiques et électriques, rayonnement d’objets chauds à proximité ou interactions non contrôlées entre les qubits.

Machine qui défie l’imagination

C’est une machine qui défie l’imagination. Exploitant des propriétés étranges de la matière à l’échelle de l’infiniment petit. Et capable de résoudre en quelques minutes des calculs insolubles aujourd’hui. L’ordinateur quantique fait rêver les physiciens et aiguise aussi les appétits de beaucoup d’acteurs privés, à commencer par Google, IBM ou Atos.

Comment tomber ces verrous ?

Alors, comment faire tomber ces verrous ? Pour voir un ordinateur quantique réussir à exécuter des calculs viables et ainsi, révolutionner bon nombre de domaines, il faudrait ainsi fabriquer, contrôler et mesurer plusieurs qubits, réaliser des portes quantiques, et enfin développer des algorithmes qui profiteraient de l’accélération quantique.

Cohérence de la longueur de cohésion

Il existe en effet une limite à la durée pendant laquelle les qubits peuvent conserver leurs propriétés quantiques avant que des erreurs ne viennent perturber le mécanisme de calcul. C’est ce qu’on appelle la longueur de cohérence. Pour réduire le risque d’erreurs dans les calculs réalisés par un ordinateur quantique, il faudrait ainsi avoir des qubits avec une longueur de cohérence suffisamment longue pour calculer des problèmes mathématiques.

Des algorithmes de réduction d’erreurs quantiques ont été développés

Et pour augmenter cette longueur de cohérence, des chercheurs travaillent aujourd’hui au développement d’algorithmes de réduction d’erreurs en utilisant un code correcteur d’erreurs quantiques (le premier ayant été développé par Peter Shor). Cela leur permet notamment d’encoder un qubit logique dans plusieurs qubits physiques, de sorte que les erreurs deviennent tractables. On doit pouvoir également effectuer des portes logiques, afin d’améliorer la performance des opérations.

Quoi qu’il en soit, il faut des centaines de millions de

Quoi qu’il en soit, il faudrait des centaines de millions de qubits connectés de manière cohérente pour avoir un ordinateur quantique universel. Les quelques machines quantiques qui existent aujourd’hui ne peuvent, pour le moment, pas supporter de gérer autant de qubits qu’il serait nécessaire pour passer à l’échelle. « Au vu des informations disponibles, il est encore trop tôt pour prédire à quel horizon un ordinateur quantique de taille suffisante pourra exister », expliquait The National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine en 2019, dans un rapport intitulé Quantum Computing : Progress and Prospects

Simulation de nouveaux matériaux

L’un des domaines prometteurs est la simulation de nouveaux matériaux. « L’ordinateur quantique pourrait nous permettre de fabriquer un matériau supraconducteur à température ambiante, et donc de transférer de l’électricité sans perte, ce qui serait une avancée incroyable », avance par exemple Nicolas Sangouard, ou encore de concevoir un catalyseur qui permet de convertir l’azote en ammoniaque à température ambiante, et donc « de fabriquer des engrais azotés en utilisant très peu d’énergie », une révolution pour l’agriculture.

Calculateur quantique

Un calculateur quantique (quantum computer en anglais, parfois traduit par processeur quantique, ordinateur quantique[a] ou système informatique quantique) utilise les propriétés quantiques de la matière, telles que la superposition et l’intrication afin d’effectuer des opérations sur des données. À la différence d’un ordinateur classique basé sur des transistors travaillant sur des données binaires (codées sur des bits, valant 0 ou 1), le calculateur quantique travaille sur des qubits dont l’état quantique peut posséder plusieurs valeurs, ou plus précisément une valeur quantique comportant plusieurs possibilités simultanées

1 réflexion au sujet de « Calcul quantique : l’avenir commercial »

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