L’informatique quantique : vers un superordinateur... ?

Science
Column|Jérémie Gaudet

L’ordinateur moderne a atteint ses limites ; les problèmes qui lui sont soumis deviennent progressivement trop complexes pour ce qu’il peut gérer. La solution se trouverait-elle à travers l’avènement d’une nouvelle ère informatique, celle du calculateur quantique ?

Aussi peu connue soit-elle présentement, la technologie du calculateur (ou ordinateur) quantique a pourtant vu son potentiel augmenter considérablement ces dernières années. Déjà, elle permet d’effectuer des calculs servant à régler des problèmes d’ordres variés, de la recherche de médicaments contre certaines maladies à l’évaluation de risques financiers.

Les ordinateurs quantiques sont donc simplement bâtis à des fins de performance. En informatique, il y a de ces problèmes qui demandent une exécution faramineuse aux ordinateurs classiques, mais qui peuvent être résolus beaucoup plus efficacement avec la technologie quantique.

Et, comme son nom l’indique, le calculateur quantique est basé sur les principes de la physique quantique et se distingue de l’ordinateur que l’on connait de par ses composants fondamentaux.

L’ordinateur standard repose sur le bit, une unité d’information bien connue en informatique conventionnelle. L’ordinateur quantique, lui, se fonde sur un constituant bien différent, le qubit, aussi appelé bit quantique.

Là où le bit ne peut prendre une valeur que de 0 ou de 1, le qubit, lui, peut se situer dans un état superposant les valeurs de 0 et de 1 en même temps. Cela peut paraitre bien étrange, mais il s’agit d’un principe important en mécanique quantique, permettant à un corps d’exister dans deux états différents.

C’est cette dualité d’états qui permet aux ordinateurs quantiques d’effectuer des tâches bien plus coriaces que celles pouvant être résolues par les ordinateurs classiques.

Toutefois, certains obstacles s’imposent : pour que cette superposition dans le qubit ait lieu (et donc pour que tout le système de calcul de l’ordinateur quantique fonctionne), la température environnante doit friser le zéro absolu, soit -273°C ou 0 degré Kelvin, la température la plus froide physiquement possible dans l’Univers.  

À titre indicatif, la température de l’espace se situe aux alentours de 4 degrés Kelvin, ce qui est bien plus chaud que la température requise pour faire fonctionner des ordinateurs quantiques.  

Autre bémol : les qubits ne sont fonctionnels que dans un environnement vide d’air, de magnétisme et de champ électrique. 

Ainsi, il va sans dire que l’exploitation de calculateurs quantiques ne peut se faire que dans des conditions très hostiles, et c’est pourquoi on a longtemps cru que ces derniers ne verraient jamais le jour.

Pourtant, en 2010, l’entreprise D-Wave Systems a réussi à commercialiser le tout premier ordinateur quantique, après nombre d’années de travail.

Le prototype construit par D-Wave fonctionne dans le vide à une température de 0,01 degrés Kelvin et a la taille d’une petite tasse à café. Il permet surtout de faire des progrès dans les domaines de l’intelligence artificielle et de l’apprentissage automatique et il aide à résoudre des problèmes d’optimisation, soit trouver la meilleure option dans une série complexe de plusieurs alternatives.

C’est d’ailleurs cette technologie que le géant d’Internet Google et la NASA appliquent dans diverses applications et pour mieux gérer leur logistique.

Mais avant que l’ordinateur quantique devienne le superordinateur miracle et que nous ayons tous des ordinateurs plus froids que nos hivers, il faudra encore attendre… quelques années sans doute.