Alors que l’industrie high-tech est en pleine expansion, que les ordinateurs, les smartphones et les tablettes toujours plus performants fleurissent sur le marché, une ombre plane au dessus du monde merveilleux des nouvelles technologies… que ferons nous quand les composants seront plus petits que les atomes eux-mêmes?

Pour comprendre le fonctionnement d’un ordinateur quantique, il faut tout d’abord comprendre comment fonctionne le monde quantique.

Comment ça marche ?

En quelques mots :
Pour décrire notre univers tout entier, les galaxies, les étoiles, les planètes, mais aussi les atomes et les particules élémentaires, les physiciens utilisent deux grandes théories:

• Pour les objets infiniment grands, ils utilisent la théorie sur la relativité générale d’Albert Einstein,

• Pour les objets minuscules, ils utilisent la mécanique quantique, et c’est précisément à cette dernière que nous allons nous intéresser.

Si le monde des planètes ou des galaxies est un monde calme et lisse, ou les choses sont logiques et facilement prévisibles, le monde des particules, quant à lui est un monde mouvementé, imprévisible et où la logique telle que l’homme la conçoit n’a plus sa place.

Par exemple, dans le monde quantique une particule peut exister… et ne pas exister en même temps, elle peut se trouver ici et à l’autre bout de l’univers au même instant, ou encore, elle peut être une sphère et une onde, toujours au même instant, et bien d’autres incroyables incohérences, telles que celles citées plus haut, permettent de casser les barrières fixées par le monde classique et d’entrevoir un nouveau monde au possibilités infinies !

Mais la plus intéressante de toutes ces incohérences est le principe de superposition : celui qui rend possible la conception d’un ordinateur quantique.

Il se décrit de la manière suivante :

Vous regardez un match de football, le gardien de but dégage, vous observez le ballon traverser le terrain à toute allure, vous faites un rapide calcul et vous vous rendez compte que ce ballon file à une allure d’environ 50km/h. Bien… Jusqu’ici tout va bien…

Imaginez-vous maintenant que le match que vous regardez soit le match PSG Atomes, contre OM Atomes, les joueurs sont donc des atomes et ont pour but de mettre un électron dans la cage de leur adversaire. Le gardien dégage, vous calculez la vitesse de cette électron, et là…

Vous vous rendez compte que l’électron file non pas à 50 km/h, ni à 1000 km/h, mais… à 50 km/h, à 2000 km/h et à 100 000km/h en même temps! Pire encore, il peut être à la fois dans les cages du PSG Atomes et dans les cages d’OM Atomes… pas facile de jouer au foot dans ces conditions n’est ce pas?

Certes, mais c’est en revanche parfait pour concevoir un ordinateur quantique!

La loi de Moore

Comme vous vous en êtes sûrement rendu compte depuis près d’un demi-siècle, une loi appelée loi de Moore, nous permet d’avoir des ordinateurs deux fois plus puissants tous les deux ans, car l’évolution de notre technologie nous permet de diviser par deux la taille des composants électroniques tous les 18 mois.

On pourrait continuer comme ça longtemps. Le seul problème est que les composants sont bien sûr composés d’atomes, et que le jour où les composants seront aussi petits que les atomes eux-mêmes, il deviendra impossible de les diviser à nouveau. Et petit à petit on y arrive… on y est presque même…

Alors la seule solution pour continuer d’avancer est de penser différemment.

L’ordinateur classique:

Comment fonctionne un ordinateur classique? Un ordinateur classique effectue des opérations en manipulant des bits, qui sont en fait des impulsions électriques.

Ce système permet deux choses: 1 = une impulsion, et 0 = pas d’impulsion.

Avec ce système on peut à peu de choses près effectuer toutes les opérations possibles et donc arriver à nos ordinateurs actuels.

Souvenez-vous maintenant du principe de superposition et appliquez celui-ci aux bits: Imaginez qu’un bit peut être à la fois un 1 et un 0, et, encore plus fou, qu’il puisse également être en même temps toutes les valeurs comprise entre 0 et 1 ( 0,1; 0,2 ; 0,3 etc..)

On ne parle donc plus de bits en informatique quantique mais de Qbits [bits intriqués = Qbits]. Avec cette brève explication il est facile de commencer à imaginer les possibilités que peuvent nous offrir les ordinateurs quantiques.

Concrètement, aussi rapide soit-il, un ordinateur classique effectue les opérations les une après les autres. Imaginez un ordinateur qui effectue toutes les opérations en même temps ! Et dans un seul calcul ! Certains disent qu’il serait possible qu’un ordinateur quantique perfectionné puisse réaliser autant d’opérations à la seconde qu’il y a d’atomes dans l’univers ! Ou comment mettre toute la puissance des serveurs de Google dans un dé à coudre…

Tout cela est bien beau mais où en est-on dans le développement d’un tel ordinateur?

Le principal défi dans la réalisation d’un ordinateur quantique est de maintenir les bits dans un état d’intrication, c’est à dire de maintenir les électrons qui transmettent l’information dans un état quantique.

Qu’est ce que l’état quantique?

Pour plonger les électrons dans un état quantique il y a plusieurs solutions, qui mériteraient à elles seules l’écriture d’un livre. Celle qui nous intéresse aujourd’hui est la technique par le froid.

Pour plonger des électrons dans un état d’intrication il faut les refroidir à une température proche du zéro absolu, c’est à dire -273,15 degrés Celsius.

Le zéro absolu est la température la plus froide possible dans notre univers, c’est là ou les atomes stoppent leurs mouvements. Il est impossible de descendre à des températures plus basses. Pour ce faire, on refroidit les composants de l’ordinateur à l’aide d’hydrogène liquide. On peut facilement comprendre que maintenir un ordinateur à des températures si basses demande une énorme ressource en énergie, et qu’il et difficile de fabriquer un ordinateur transportable dans ces conditions.

C’est pourquoi certains chercheurs tentent de faire fonctionner un ordinateur quantique à température ambiante. Le 15 novembre 2013, des chercheurs de l’université d’Oxford ont réussi à maintenir un ordinateur dans un état quantique à une température de 25C° !

Ce qui facilite les choses et ouvre la voie de l’informatique quantique miniaturisée. Cependant, ils n’ont pas réussi à le maintenir plus de 39 minutes.

Avant de clôturer cet article, j’aimerais vous parler de l’entreprise qui, depuis le milieu des années 2000, bouscule le monde quantique, il s’agit de l’entreprise D-Wave Système, qui a vendu en 2011 le première ordinateur quantique pour la somme de 10 millions de dollars à la société Lockheed Martin Corporation. Il s’agissait à l’époque d’un ordinateur constitué de 128 bits intrigués [Qbits].

Ils ont récemment vendu un nouvel ordinateur comprenant 512 Qbits [bits intrigués] à l’entreprise Google.

Ce dernier est capable de résoudre des problèmes mathématiques 3600 fois plus rapidement que les super-calculateurs classiques fournis par IBM. Attention, il ne faut cependant pas prendre cela comme argent comptant. Pour arriver à ce résultat, il est nécessaire de faire appel à des ordinateurs classiques, et si l’ordinateur quantique est beaucoup plus rapide sur certains calculs, il est encore impossible pour lui d’effectuer tous les calculs que nous effectuons avec des ordinateurs classiques.

Cependant cela reste une belle avancée, et prouve que l’informatique quantique a de très beaux jours devant elle !

ordinateur qantic