Informatique quantique : Qu'est-ce que c'est et pourquoi devrais-je m'en soucier?

En 1965, aux débuts de Silicon Valley, la loi de Moore (en anglais seulement) a prédit que la puissance de traitement des ordinateurs traditionnels doublerait tous les 18 à 24 mois. Cependant, alors que les scientifiques atteignent la limite physique (en anglais seulement) du nombre de petits transistors pouvant être intégrés à une puce au silicium, le monde se tourne vers l'informatique quantique (en anglais seulement) comme solution pour libérer la puissance de traitement nécessaire à la résolution des problèmes que les ordinateurs traditionnels ne peuvent traiter. Et pour apercevoir l'avenir au-delà du silicium, nous n'avons qu'à nous tourner vers la région qui a été décrite comme la « vallée quantique ». Investir en Ontario a eu la chance de visiter l'Institut de l'informatique quantique (IIQ) de l'Université de Waterloo pour trouver les réponses à certaines des questions les plus fréquemment posées par la communauté financière à propos de l'informatique quantique.

Qu'est-ce que l'informatique quantique?

« Les ordinateurs traditionnels sont binaires, ce qui signifie qu'ils utilisent des commutateurs qui peuvent être en position "ouverte" ou "fermée", représentée par le chiffre "1" ou "0". Ils peuvent donc seulement travailler sur un calcul à la fois, en séquence », explique Vito Logiudice, directeur des opérations, Quantum Nanofab, une installation partagée par l'IIQ et le Waterloo Institute for Nanotechnology (WIN). « De leur côté, les ordinateurs quantiques tirent profit des lois de la mécanique quantique qui régissent les atomes, les électrons et les autres particules. Ces bits quantiques, ou qubits, peuvent être en même temps dans un état "1" et "0", et cette capacité à être dans ce qu'on appelle l'état de "superposition (en anglais seulement)" signifie que le système quantique peut potentiellement traiter des millions de calculs simultanément. »

Quelles sont les possibilités de l'informatique quantique?

Les ordinateurs quantiques nous permettront de surpasser les limites des ordinateurs traditionnels. Voici l'explication de Chris Warren du laboratoire d'ingénierie de systèmes quantiques de l'Institut de l'informatique quantique (IIQ) de l'Université de Waterloo. « D'abord, [les ordinateurs quantiques rendront] éventuellement toutes nos données publiques. C'est parce que notre système de chiffrement actuel est basé sur la sécurité fournie par la multiplication de nombres importants (de 500 chiffres ou plus). Cependant, l'algorithme de Shor démontre qu'un ordinateur quantique assez grand sera en mesure de déchiffrer les algorithmes cryptographiques contemporains. » Que ferons-nous lorsqu'un ordinateur quantique rendra notre système de chiffrement inutile? La solution, bien sûr, sera de se fier à une nouvelle forme de cryptographie quantique.

Qu'est-ce qui fait obstacle à la mise au point d'ordinateurs quantiques puissants par les scientifiques?

« Les ordinateurs quantiques n'ont pas encore surpassé la puissance des ordinateurs classiques les plus rapides au monde, puisque les scientifiques doivent surmonter l'obstacle de la décohérence quantique », déclare Kevin Resch, sous-directeur de l'IIQ et professeur agrégé à l'Université de Waterloo. La décohérence désigne la relation entre les systèmes quantiques et leur environnement naturel. Afin de comprendre cette théorie, imaginons qu'une pièce de monnaie en train de tourner représente un qubit. Pendant que la pièce tourne, on peut dire qu'elle occupe les états de « pile » et de « face » au même moment comme un qubit. Cependant, lorsque nous observons l'état de la pièce comme « pile » ou « face », elle n'est plus dans un état quantique.

Que peut nous offrir l'informatique quantique en ce moment?

Même si des obstacles existent, les technologies quantiques sont déjà utilisées. Par exemple :

  • En collaboration avec l'Agence spatiale canadienne (ASC) et Com Dev, des scientifiques de l'IIQ travaillent actuellement sur la cryptographie quantique dans l'espace libre par satellite.
  • Les capteurs et actionneurs quantiques créés à l'IIQ permettront aux scientifiques de parcourir le monde à l'échelle nanométrique avec une précision et une sensibilité remarquables. De tels outils auront une valeur inestimable pour l'élaboration de véritables processeurs d'information quantique.

Qu'est-ce que le futur de l'informatique quantique nous réserve?

Aujourd'hui, les centres de recherche quantique de premier plan, notamment l'Université de Waterloo, Stanford, MIT et Yale, ont contribué à la création d'ordinateurs quantiques de 3, 7, 12 et 16 qubits. « [Cependant,] les choses commencent à être vraiment intéressantes près de 30 à 40 qubits. Ces derniers commencent à repousser les limites des ordinateurs classiques les plus puissants au monde », déclare M. Resch.

Les ordinateurs quantiques de pointe nous permettront d'étudier, en détails remarquables, les interactions entre les atomes et les molécules. Ainsi, un monde de possibilités s'ouvrira pour concevoir de nouveaux médicaments et matériaux en exploitant la capacité à chercher dans un espace de solutions potentielles beaucoup plus rapidement que ce qui est actuellement possible avec les ordinateurs traditionnels.

Où la recherche en science quantique commercialement viable a-t-elle lieu?

L'Institut de l'informatique quantique (IIC) de l'Université de Waterloo attire des talents de renommée mondiale qui sont à la tête des innovations promettant d'offrir à l'humanité un avenir meilleur.

La révolution quantique est déjà en cours et les possibilités futures sont illimitées.

Apprenez-en plus sur l'Institut de l'informatique quantique de l'Université de Waterloo. (en anglais seulement)

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