Ordinateur quantique : qu’est-ce que c’est ?

Pourquoi faut-il s’intéresser dès maintenant à l’ordinateur quantique ? Quels usages permettra-t-il ? Et d’abord, qu’est-ce que c’est ? Nous vous expliquons tout.

L’ordinateur quantique est un objet de fantasme depuis de nombreuses années. Pourquoi ? Parce que cette machine surpuissante est capable d’utiliser les propriétés quantiques de la matière pour résoudre des problèmes impossibles à traiter avec un ordinateur traditionnel.

Science-fiction ? Pas vraiment. Si l’ordinateur quantique n’est pas encore disponible sur le marché, la perspective de profiter de son incroyable potentiel devient de plus en plus concrète : on parle d’une commercialisation d’ici 5 ans. Pour les entreprises, c’est donc le moment de commencer à s’intéresser au sujet, afin de comprendre comment l’ordinateur quantique fonctionne et, pourquoi pas, envisager dès maintenant les premiers scénarios d’usage.

Quel est le fonctionnement d’un ordinateur quantique ?

L’ordinateur quantique (ou calculateur quantique), est un « super ordinateur » qui s’appuie sur les phénomènes de la mécanique quantique pour effectuer des opérations sur des données.

A la différence des ordinateurs traditionnels, l’ordinateur quantique ne travaille pas sur des données binaires (des O et des 1), mais sur des bits quantiques, ou qubits (quantum + bit), des unités de stockage d’information dont l’état quantique peut posséder plusieurs valeurs (c’est le principe quantique de la superposition).

Bernard Ourghanlian, directeur technique de Microsoft France, nous l’explique en prenant l’exemple d’un labyrinthe : « Quand on entre dans un labyrinthe, on a des dizaines et des dizaines de chemins possibles. Ce que fait un ordinateur traditionnel, c’est qu’il les explore un à un. Cela va prendre un certain temps, même s’il est doté de plusieurs processeurs, car chacun des processeurs exécute le même algorithme en parallèle. Avec un ordinateur quantique, la grande différence, c’est qu’on est capable d’explorer tous les chemins en même temps. On va évidemment aller beaucoup plus vite. »

 

En fait, un ordinateur quantique ne réalise pas un calcul de manière séquentielle, mais considère toutes les hypothèses en même temps. Par conséquent, il est capable de traiter des données en un temps record : des dizaines et des dizaines de millions de fois plus vite qu’un ordinateur traditionnel !

Où en est la recherche ?

L’ordinateur quantique est un défi hors norme. En 2012, Microsoft a déjà élaboré un ordinateur topographique quantique,  reposant sur le fermion de Majorana, théorisé en 1937. Cet ordinateur topographique quantique s’approche de l’ordinateur quantique : le problème de cohérence quantique (ou celui de garder les particules quantiques dans un état non mesuré, c’est-à-dire dans un état quantique de superposition) a été un axe majeur des recherches.

En février 2018, Todd Holmdahl, vice-président corporate de Microsoft Quantum, a annoncé qu’une version commerciale de l’ordinateur quantique pourrait être mise sur le marché d’ici 5 ans.

Ce n’est pas pour autant que, demain, nous travaillerons tous sur un ordinateur quantique. Selon Bernard Ourghanlian, il est à l’heure actuelle impossible d’envisager un ordinateur quantique utilisable dans un bureau, notamment parce que cela nécessite un environnement extrêmement froid, avec des températures avoisinant le zéro absolu. Ce que nous pouvons imaginer dans un futur proche, en revanche, c’est une mise à disposition à travers le cloud, en tant que service auquel peuvent accéder les utilisateurs. C’est en fait le même principe que l’IaaS (infrastructure as a service) : le fournisseur cloud gère tout ce qui est matériel (dans notre exemple, l’ordinateur quantique) et l’entreprise peut y accéder grâce à un abonnement.

Qu’apportera concrètement un ordinateur quantique ?

L’ordinateur quantique nous emmènera bien au-delà de ce qu’il est possible de faire aujourd’hui… Il nous permettra de résoudre des problèmes extrêmement complexes, qu’un ordinateur classique ne peut pas traiter. Pour l’intelligence artificielle et plus spécifiquement le machine learning, ça sera une avancée incroyable. En fait, les perspectives pour notre monde et notre société sont immenses.

« Toutes les applications de l’IA que nous connaissons aujourd’hui sont susceptibles de tirer parti de l’ordinateur quantique, explique Bernard Ourghanlian. Aujourd’hui, prendre 12 jours et mobiliser des milliers d’ordinateurs pour apprendre une nouvelle langue à un ordinateur, ce n’est pas très grave. Mais pour une entreprise qui a besoin de calculer des prévisions sur des pannes de moteurs d’avion ou sur une chaîne de fabrication automobile, cela a d’énormes implications. Être capable de diviser par dix, cent ou mille ce temps d’apprentissage change complètement la donne. Cela veut dire que nous pourrons potentiellement améliorer la précision des algorithmes utilisés, ou faire du quasi temps réel sur des modèles de prévision.»

 

En fait, tous les secteurs d’activité pourront profiter du potentiel de l’informatique quantique. Par exemple, dans le domaine de la santé, il sera possible de tester de nombreuses combinaisons de molécules pour répondre à un virus. Autre opportunité dans la smart city, avec une meilleure régulation des flux routiers et une diminution des embouteillages grâce à la simulation des parcours de chaque citoyen. Un défi computationnel colossal… mais pas impossible pour l’ordinateur quantique !

Pour aller plus loin :

• Dossier : l’ordinateur quantique sur Futura Sciences
• Bernard Ourghanlian : « Ordinateur quantique : pour quoi faire ? »
• Dans les coulisses de l’ordinateur quantique topologique