Où en est-on de son développement ? Combien de temps faut-il encore attendre pour en tirer vraiment parti Dans son Journal, le CNRS propose un rappel sur l'histoire et les évolutions de  ces technologies en plein essor.

L'informatique quantique est  un concept imaginé par le physicien Richard Feynman, prix Nobel de physique en 1965. L'idée était de transposer les propriétés de la mécanique quantique au domaine de l'informatique. Ceci pourrait se concrétiser prochainement avec la naissance de véritables ordinateurs quantiques.

Si l'informatique traditionnelle s'appuie sur les bits, l'informatique quantique repose sur les bits... quantiques, ou qubits.

A la différence du bit, binaire, le qubit ne se limite pas au 0 et 1, puisqu'il est capable de prendre ces deux valeurs à un même instant. C'est ce qu'on appelle le principe de superposition des états.

Mais, par ailleurs, les qubits peuvent également interagir, leurs états s'entremêlant et devenant interdépendants. On parle alors d'intrication.

Cela est fondamental car la puissance de calcul d'une machine peut ainsi être démultipliée. En effet, contrairement à un ordinateur traditionnel qui doit procéder étape par étape, un ordinateur quantique peut accéder à une multitude de résultats d'un seul coup.

Comment produire des qubits ?

Pour bénéficier des bienfaits de l'informatique quantique, il faut donc disposer de qubits en grand nombre.

Après de nombreux essais plus ou moins fructueux, deux systèmes semblent aujourd'hui se détacher :

-          Le premier est constitué d'ions piégés, c'est-à-dire d'atomes privés d'un ou plusieurs électrons et « emprisonnés » sous vide grâce à des lasers.

Ce dispositif affiche les meilleures performances quantiques obtenues jusqu'à présent. Mais il n'est pas sans inconvénient : les ions piégés sont lents à manipuler et les techniques employées sont difficiles à reproduire à grande échelle.

-         Autre solution : les circuits supraconducteurs, capables de conduire l'électricité sans résistance.

Leur comportement se rapprochant d'atomes artificiels, des scientifiques ont réussi à manipuler leur état quantique. Si leurs résultats sont moins bons que ceux des ions piégés, les circuits supraconducteurs présentent l'avantage d'être relativement faciles à fabriquer.

ð Ceci pousse certains acteurs majeurs, tels qu'IBM ou Google, à privilégier cette approche.

-         Mais, une troisième solution a vu récemment le jour.

 Elle consiste à exploiter, dans une matrice de silicium, des « spins » d'électrons, c'est-à-dire les rotations des éléments sur eux-mêmes. Une technologie encore à ses débuts, mais selon de nombreux spécialistes, porteuse d'espoir.

Il est pour l'heure impossible de prédire quelle approche tirera son épingle du jeu.

De toute façon, chacune fait face à un problème inhérent à l'informatique quantique : la décohérence.

ð Un des problèmes du qubit réside dans sa « fragilité ».

Selon son environnement (température, champ magnétique...), un élément quantique a souvent tendance à perdre une partie de ses propriétés.

C'est ce phénomène qu'on appelle « décohérence ».

La durée de conservation des propriétés quantiques, quant à elle, porte le nom de « temps de cohérence ».

Pour faire fonctionner un ordinateur quantique, il ne faut pas que cette durée soit inférieure au temps de calcul nécessaire.

 Il s'agit donc là d'un enjeu majeur pour les industriels, qui doivent investir dans du matériel permettant de limiter la décohérence avec  des composants sont généralement très coûteux...

En parallèle, des chercheurs travaillent à la correction d'erreurs provoquées par ce phénomène en trouvant un algorithme capable de rectifier ces écarts plus rapidement qu'ils ne se forment.

Mais cette théorie entraînerait un accroissement du nombre de qubits nécessaires.

Aujourd'hui, le record du nombre de qubits intriqués s'établit à 20.

Google a annoncé, pour sa part, en 2018, avoir produit un processeur quantique composé de 72 qubits.

Toutefois, on ne sait pas combien d'entre eux ont véritablement passé le révélateur de l'intrication.

Or, on estime généralement que, dans l’absolu, un ordinateur quantique devrait renfermer quelques milliers de qubits.

Il reste donc un long chemin à parcourir !

Aussi, la tendance actuelle consiste à revoir les prétentions à la baisse.

 Face à cela, l'idée serait de produire des dispositifs intermédiaires possédant moins de qubits, afin de prouver la supériorité du calcul quantique sur l'informatique classique.

ð Ainsi, d'après des experts, des microcalculateurs quantiques dotés de 50 à 100 qubits pourraient voir le jour d'ici environ cinq ans.

Les futures applications de l'informatique quantique

Il apparait à l’évidence que les premières machines ne seront pas prioritairement destinées au grand public.

L'informatique quantique pourrait servir à réaliser des simulations complexes dans le but, par exemple, de mettre au point de nouveaux matériaux ou de nouvelles molécules aux propriétés inédites.

Les nouvelles machines pourraient également être utiles dans des missions d'optimisation utiles pour le trafic routier, le transport de l'énergie ou les prédictions financières.

Enfin, les ordinateurs quantiques pourraient apporter des améliorations dans le domaine de l'intelligence artificielle, en particulier du machine learning.

L'apprentissage automatique, via le traitement statistique d'énormes quantités de données gagnerait en effet à voir sa rapidité d'analyse démultipliée.

ð Cela pourrait avoir de multiples applications, comme le perfectionnement des moteurs de recherche.

C'est d'ailleurs l'une des raisons pour lesquelles Google s'intéresse autant à ce domaine.

Sources : CNRS

Voir notamment :