Introduction à l’informatique quantique

L’ordinateur quantique est le futur nouvel ordinateur qui va révolutionner nos vies. Vous n’y croyez pas ? Google, la Nasa ou encore IBM investissent massivement dans cette nouvelle technologie ! Mais du coup, qu’est ce que l’informatique quantique ? Et surtout à quoi cela sert il ?

D’un ordinateur classique… 

On peut considérer que le premier ordinateur est née en 1936 avec la machine dite de « Turing » du nom de son inventeur Alan Mathison Turing. Cette machine est le premier calculateur universel programmable.

Alors comment fonctionne les ordinateurs tel que nous les connaissons ?

Un ordinateur classique traite des informations sous forme de bits qui peuvent se présenter sous 2 formes : 0 ou 1. On parle alors de langage binaire.

Ainsi un ordinateur classique 6 bits peut traiter un état parmi 2^6 soit 64 états differents ! Ex: 000000, 000001, 000010, 000011, 000110…

… à un ordinateur quantique

Avant de commencer, parlons un peu de mécanique quantique. Cette science s’intéresse au comportement des éléments à l’échelle atomique et subatomique soit l’infiniment petit.

Selon cette science, les objets microscopiques peuvent être dans un mélange de plusieurs états en même temps. C’est à dire qu’un même élément peut se trouver dans deux endroits differents en même temps. On parle de principe de superposition.

Revenons à notre sujet. Pour reprendre notre exemple d’ordinateur 6 bits, un ordinateur quantique présente l’avantage de pouvoir traiter SIMULTANEMENT les 64 états en même temps.

En effet contrairement à un ordinateur classique qui se base sur des bits, un ordinateur quantique s’appuie sur une valeur appelée le qubit (ou quantum bit). Cette valeur permettrait non seulement de s’exprimer par le biais de 1 et 0, mais également par une superposition des deux.

Bit vs Qubit

Par ailleurs, un ordinateur permettrait de contourner la loi de Moore des ordinateurs classiques. Mais qu’est ce que la loi de Moore ? Cette loi écrite par Gordon Moore dès 1965 fixe un cycle de dix-huit mois pour les doublements du nombre de transistors afin de toujours gagner en puissance de calcul. Le rever de la médaille est que ce phénomène rend les ordinateurs rapidement obsolètes. L’informatique quantique permettrait de part sa puissance de contourner cette loi.
Ainsi, le futur calculateur quantique le « D-Wave 2X » serait capable de résoudre un problème d’optimisation en 1 seconde contre 10 000 ans par un ordinateur classique. 
D-Wave 2X

Quelles applications ?

Bon nous avons bien compris que l’informatique quantique apporte une puissance de calcul bien plus importante que l’informatique classique. La première question que nous pouvons maintenant nous poser est : mais à quoi cela sert-il ?

Voyons les différents champs d’applications de cette innovation :

Big Data : ce phénomène fait suite à l’explosion des données ces dernières années. Vous pouvez retrouver ici une introduction à ce phénomène.

L’informatique quantique avec sa puissance d’analyse permettrait d’analyser plus rapidement des données et de pouvoir ainsi mieux les exploiter.

Chimie moléculaire : Ces supers ordinateurs quantiques permettront de modéliser des combinaisons de molécules complexes dans le domaine de la chimie et des médicaments.

Machine Learning : Google lance en 2013 un laboratoire de recherche sur l’informatique quantique avec pour objectif d’améliorer l’efficacité des modèles prédictifs et de l’intelligence artificielle.

Cryptographie: la construction d’un ordinateur quantique permettrait une sécurité absolue des systèmes que nous connaissons basés sur les lois de la physique quantique et non plus sur un algorithme avec un ensemble de calculs tel que RSA.

Pour conclure, aujourd’hui l’arrivée d’un ordinateur quantique reste encore très utopique compte tenu des nombreux problèmes techniques qui restent encore sans solutions. Cependant cette nouvelle technologie continue de nous faire rêver de par ses nombreux champs d’applications. Google, IBM et tout les géants de l’informatique n’ont pas finit d’investir en informatique quantique.

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