Qu'est-ce que l'informatique quantique (et pourquoi en avons-nous besoin) ?

S'il y a une technologie qui ne manquera pas d'enthousiasmer les experts en informatique pour l'avenir, c'est bien le quantique. C'est un terme qui a pris un sens un peu mythique au cours des dernières décennies ; les auteurs de science-fiction l'ont utilisé comme raccourci pour de nombreux niveaux de technologie encore non atteints pendant des décennies. La réalité pourrait cependant être encore plus révolutionnaire que nous n'aurions jamais pu l'imaginer.

Mais en quoi consiste exactement l'informatique quantique, et répondra-t-elle vraiment au battage médiatique qui y est lié ?

Qu'est-ce que l'informatique quantique ?

Essentiellement, l'informatique quantique est un changement fondamental dans la façon dont les machines traitent les données. Les ordinateurs traditionnels - peu importe leur puissance ou leur complexité - se résument finalement à une série de bits. Il s'agit de la plus petite unité de données possible et qui peut être soit « on » soit « off », états respectivement représentés par 0 et 1. Tout le calcul se basé sur des portes de transistor qui s'ouvrent ou se ferment pour déterminer la valeur qu'un bit aura.

Avec suffisamment de transistors, les ordinateurs peuvent effectuer des opérations incroyablement complexes, mais naturellement, il y a des limites d'espace, et les transistors ont donc dû réduire leurs dimensions ; de nos jours, ils ont la dimension de que quelques atomes seulement. Cependant, cela crée de nouveaux problèmes, car s'ils deviennent beaucoup plus petits, ils cessent de fonctionner, car les électrons peuvent simplement contourner les portes qu'ils rencontrent, qu'ils soient allumés ou éteints, ce qui limite théoriquement la puissance de calcul que nous pouvons intégrer dans un espace donné.

Pour résoudre ce problème, nous avons le quantum. Ce terme fait essentiellement référence à d'infimes interactions entre les particules, et à ce niveau, les règles de la physique dont nous dépendons pour comprendre l'univers ne s'y appliquent tout simplement pas. Même Einstein n'arrivait pas à comprendre ce phénomène ; il décrivait l'intrication quantique comme une "action effrayante à distance". Mais les chercheurs ont cherché à tirer parti des propriétés inhabituelles des particules à ce niveau pour surmonter les limites de l'informatique traditionnelle.

En informatique quantique, la plus petite unité de données n'est pas le bit, mais le qubit. Comme le bit, le qubit peut prendre la valeur 0 et 1, - mais contrairement au bit, il n'est pas simplement manipulé dans un état 1 ou 0. Grâce aux bizarreries du niveau quantique, un qubit peut également se trouver dans une combinaison des deux états, appelée superposition. On l'explique parfois en disant qu'il a les deux états 0 et 1 simultanément, bien que ce ne soit pas tout à fait exact. En réalité, il pourrait être n'importe où entre 0 et 1 - mais le problème est que, dès que nous mesurons réellement un qubit, il s'effondre dans l'un des deux états définis.

Cela peut être difficile à comprendre, mais le résultat est que la superposition signifie que la quantité de données pouvant être stockées augmente de manière exponentielle à mesure que le nombre de qubits augmente. Un groupe de 20 qubits peut contenir plus d'un million de valeurs simultanément.

4 avantages de l'informatique quantique

L'informatique quantique relève de la physique de haut-niveau ; nous n'avons même pas encore abordé des propriétés telles que l'intrication quantique ou les portes quantiques. Mais ce que vous devez vraiment savoir, en termes informatiques, c'est qu'un ordinateur traditionnel qui exécute une opération sur un ensemble de données utilise chaque bit un par un, les ordinateurs quantiques peuvent tout traiter simultanément.

Qu'est-ce que cela signifie donc en réalité ? L'informatique quantique ne conviendra pas à tous les scénarios, mais là où elle peut être utilisée, l'effet qu'elle peut avoir sur certaines opérations est énorme. Voici quelques domaines dans lesquels l'informatique quantique pourrait tout changer.

1. Traitement de base de données

Comme indiqué ci-dessus, l'une des grandes forces de l'informatique quantique est sa capacité à effectuer de nombreuses opérations simultanément, ce qui est très pratique si vous essayez de rechercher quelque chose dans une grande base de données. Avec l'informatique classique, une application devrait vérifier chaque entrée de la base de données une par une pour déterminer si elle correspond à la requête de l'utilisateur, mais avec l'informatique quantique, elle peut vérifier plusieurs entrées à la fois.

Cela réduit considérablement le temps nécessaire pour obtenir une réponse, et permet d'obtenir des résultats de manière beaucoup plus efficace. Alors que la quantité de données détenues dans le monde est en expansion continue et que la dimension des bases de données devient trop importante à gérer même pour les ordinateurs traditionnels les plus rapides, les moyens d'accélérer ce traitement deviendront essentiels pour obtenir de nouvelles informations rapidement et à moindre coût.

2. Sécurité

L'une des utilisations les plus courantes du quantum est probablement de renforcer la sécurité des solutions de cryptage numérique. À l'heure actuelle, la plupart des cryptages fonctionnent de la même manière : un algorithme convertit les données saisies dans un format crypté et un algorithme associé est capable de les décrypter à nouveau.

Théoriquement, la plus grande faiblesse de cette méthode est qu'en essayant toutes les options possibles pour l'algorithme de décryptage, quelqu'un pourrait forcer le cryptage. Toutefois, le grand obstacle est qu'il faudrait un temps excessivement long pour tester toutes les solutions possibles.

Mais avec le quantum, cette restriction n'existe pas car, comme indiqué ci-dessus, la technologie permet aux utilisateurs d'exécuter plusieurs requêtes simultanément, ce qui pourrait potentiellement rendre toute la technologie de cryptage instantanément non sécurisée. Pour lutter contre cela, il faudra trouver de nouvelles solutions que la technologie quantique ne puisse pas déjouer.

3. Effectuer des simulations

L'une des applications les plus intéressantes de l'informatique quantique sera peut-être sa capacité d'effectuer des simulations plus précises et à plus grande échelle. Actuellement, la plupart des simulations sont freinées par la grande puissance de traitement requise pour les exécuter, ainsi que par un manque de précision.

Mais en les exécutant à l'aide de l'informatique quantique, la quantité de paramètres et de variables pouvant être analysés simultanément explose, permettant aux chercheurs d'expérimenter à des échelles qui prendraient des années ou même des décennies aux ordinateurs classiques.

4. Intelligence artificielle

D'énormes progrès ont été réalisés ces dernières années dans le monde de l'intelligence artificielle (IA), mais nombreux sont ceux qui pensent que le Saint Graal de la technologie - des ordinateurs capables de penser, d'apprendre et de s'adapter sans intervention humaine- ne sera possible qu'avec la puissance de calcul fournie par l'informatique quantique.

Cela peut paraître encore lointain, mais l'informatique quantique peut également aider à améliorer la vitesse et l'efficacité de certains des problèmes d'optimisation les plus complexes dans lesquels l'intelligence artificielle est actuellement utilisée. Par exemple, les grandes usines peuvent utiliser l'apprentissage automatique pour maximiser la production en identifiant comment chaque processus et composant individuel pourrait être utilisé le plus efficacement possible, et les ordinateurs quantiques peuvent aider à fournir des informations plus rapidement et de manière plus précise, ce qui permet de rationaliser la production et de réduire les pertes et les coûts.

Comment l'informatique quantique changera le monde

Les implications réelles de ces avantages pourraient être énormes. L'une des applications les plus importantes et les plus discutées de l'informatique quantique se trouve dans le secteur médical, où la puissance de simulation de la technologie a le potentiel de transformer notre compréhension du corps humain et de favoriser le développement de nouveaux médicaments.

L'informatique quantique permet entre autres dans ce domaine d'accélérer les comparaisons moléculaires et la simulation. Il s'agit d'un processus important dans la phase initiale de conception et découverte de médicaments, mais son utilisation aujourd'hui ne s'applique qu'aux molécules jusqu'à une certaine taille, en raison des limites de traitement des ordinateurs classiques. Cependant, les ordinateurs quantiques permettent de comparer des molécules de plus grande dimension, ce qui ouvre la porte à davantage de progrès pharmaceutiques et de remèdes pour un éventail de maladies.

Cela ne s'arrête pas là, car certains prédisent que l'informatique quantique pourrait aider à résoudre certains des problèmes les plus urgents auxquels le monde est confronté aujourd'hui. Par exemple, la modélisation des interactions moléculaires pourrait également aider les scientifiques à développer de nouveaux produits agricoles en mesure d'améliorer les engrais et de réduire les émissions de gaz à effet de serre, contribuant ainsi à lutter contre la faim dans le monde tout en minimisant l'impact environnemental de la production alimentaire.

L'informatique quantique est peut-être plus proche que jamais, mais c'est encore une technologie relativement nouvelle en ce qui concerne les applications du monde réel, et pour l'instant, bon nombre de ses avantages restent théoriques. Cependant, à mesure que la compréhension de la technologie se développe et que les scientifiques commencent à voir les résultats réels des premières expériences, il ne faudra certainement pas attendre longtemps avant que les applications phares qui transforment la technologie deviennent une réalité commerciale.