Simplifié! L'ordinateur quantique

Qu'est-ce qu'un ordinateur quantique? Un ordinateur plus puissant que celui que nous avons entre nos mains? Une nouvelle technologie capable de répondre à toutes les questions existentielles que nous tentons de résoudre depuis des millénaires? Ces affirmations sont à la fois vraies et fausses. Pour bien comprendre ce qu’est un ordinateur quantique, il faut d’abord s’intéresser à la physique quantique.

La physique quantique est une théorie qui décrit le comportement des objets physiques à l’échelle nanoscopique. Elle régit le monde des atomes, des électrons et des photons, et introduit des concepts étranges comme la superposition et l’intrication, qui sont au cœur du fonctionnement des ordinateurs quantiques. Grâce à ces propriétés, un ordinateur quantique pourrait, en théorie, modéliser avec une précision inégalée les interactions entre les atomes, ouvrant la voie à des avancées majeures, comme la compréhension du fonctionnement des cellules humaines ou la conception de nouveaux médicaments et matériaux.

Contrairement aux ordinateurs classiques, qui reposent sur un système binaire (des bits valant 0 ou 1), un ordinateur quantique est une toute autre architecture. Comparer ces deux technologies revient à comparer une chandelle et une ampoule à incandescence : vous ne pouvez pas simplement améliorer une chandelle pour en faire une ampoule. De la même manière, un ordinateur quantique ne fonctionne pas avec une carte graphique, un processeur et une mémoire vive comme un PC traditionnel.

Aujourd’hui, les systèmes quantiques sont installés dans des laboratoires spécialisés, conçus autour de cette technologie révolutionnaire. Ils sont maintenus dans des réfrigérateurs cryogéniques atteignant des températures proches du zéro absolu (-273,14 °C), faisant d’eux certains des endroits les plus froids de l’univers.

Mais qu’est-ce qui rend ces systèmes quantiques si puissants?

Ordinateur quantique de Google: source

L'ordinateur quantique de nos jours ressemble à un géant lustre, mais ce que vous voyez sur la photo ci-haut n'est pas un ordinateur quantique, c'est plutôt un réfrigérateur à dilution placé au dessus d'un processeur quantique (qui n'est pas visible sur la photo). Le réfrigérateur fait passer l'air entre chaque chambre de refroidissement (séparé par des disques en or) en diminuant la température graduellement jusqu'au processeur quantique situé dans la dernière chambre au fond du système de refroidissement.

Fini les "bits", place au "qubits"!

Comme mentionné plus haut, les ordinateurs modernes fonctionnent avec des bits, qui reposent sur le système binaire. Nos ordinateurs sont conçus pour traiter l’information sous forme de courant ou de tension électrique, qui sont interprétés comme 0 ou 1, soit faux ou vrai. Le bit est donc l’unité de base de l’information en informatique.

Les ordinateurs quantiques, eux, utilisent des qubits (contraction de "quantum" et "bit"). Contrairement aux bits classiques, un qubit peut être à la fois 0 et 1 en même temps grâce à un phénomène appelé superposition. Autrement dit, un qubit ne se limite pas à une seule valeur fixe, mais oscille sur une échelle entre 0 et 1.

Si ce concept vous semble difficile à saisir, c’est normal. La mécanique quantique défie notre intuition, mais rassurez-vous : si cela vous paraît étrange, c’est que vous êtes déjà sur la bonne voie pour le comprendre. Imaginez un qubit comme une pièce de monnaie, votre pièce de monnaie peut être à la fois sur face (état 0) et sur pile (état 1) en même temps, jusqu'à ce que tu la regardes. Cela signifie que tant que tu n'as pas vérifié, la pièce peut être dans une combinaison des deux états. Quand tu la regardes, elle se "décide" à être soit sur face, soit sur pile. Dans un ordinateur classique, chaque bit est comme une pièce de monnaie qui est soit sur face, soit sur pile, mais jamais les deux en même temps. C'est un peu ça l'idée des qubits: ils existent dans plusieurs états en même temps jusqu'à ce qu'on les observe.

Que pouvons nous faire avec des qubits?

Comme je l’ai expliqué dans l’analogie, les qubits évoluent dans un état d’incertitude jusqu’à ce qu’ils soient mesurés, moment où ils prennent une valeur définie (comme un accord qui devient une seule note distincte). En informatique classique, les courriels, les paiements bancaires et vos fichiers sont protégés par des algorithmes de chiffrement qui génèrent des clés de manière aléatoire en s’appuyant sur le hasard. Autrement dit, l’efficacité d’un algorithme de chiffrement repose sur sa capacité à produire des nombres aléatoires, introduisant ainsi un certain niveau d’incertitude. Cependant, cette incertitude est limitée dans les ordinateurs classiques, car ils fonctionnent avec des bits qui ne peuvent être que 0 ou 1.

Les qubits, quant à eux, exploitent un phénomène fondamental des lois de la nature: le véritable hasard quantique. Cette propriété leur permet de renforcer la sécurité des données, mais elle soulève aussi des inquiétudes. En effet, les ordinateurs quantiques pourraient un jour être utilisés pour casser les algorithmes de chiffrement classiques, rendant vulnérables les systèmes de protection actuels. C’est pourquoi la cryptographie quantique devient un enjeu majeur pour l’avenir de la cybersécurité.

Au-delà de la cybersécurité, l’informatique quantique ouvre des perspectives révolutionnaires en médecine. Grâce à leur capacité à simuler avec une précision inégalée les interactions entre les molécules, les ordinateurs quantiques pourraient accélérer le développement de nouveaux médicaments et vaccins. Par exemple, ils permettent de modéliser avec exactitude la structure des molécules cancéreuses et leur comportement au niveau atomique, offrant ainsi des pistes inédites pour concevoir des traitements ciblés et plus efficaces. De plus, ces technologies pourraient améliorer la compréhension des maladies neurodégénératives, comme Alzheimer et Parkinson, en analysant en détail les mécanismes biologiques qui les provoquent. En plus de révolutionner la cybersécurité et la médecine, l’informatique quantique ouvre la porte à un concept fascinant : la téléportation quantique. Contrairement à ce que l’on pourrait imaginer, il ne s’agit pas de déplacer physiquement un objet ou un être humain d’un point A à un point B, mais plutôt de transférer instantanément de l’information grâce au phénomène d’intrication quantique.

L’intrication est une propriété surprenante de la physique quantique où deux particules, même séparées par des milliers de kilomètres, restent mystérieusement connectées. Tout changement d’état appliqué à l’une affecte immédiatement l’autre, sans délai. En exploitant cette propriété, les chercheurs sont capables de transmettre des informations quantiques sans qu’elles voyagent physiquement, ce qui constitue une forme de téléportation d’information.

Cette avancée pourrait un jour révolutionner les télécommunications, en permettant des échanges ultra-sécurisés impossibles à intercepter. Elle représente également une étape clé vers le développement de réseaux quantiques, qui pourraient relier plusieurs ordinateurs quantiques entre eux, décuplant ainsi leur puissance.

Bref, si l’informatique classique a changé notre monde, l’informatique quantique promet de le redéfinir entièrement.