Science

L’ordinateur quantique mythe ou réalité ?

Par Jérôme Larivière et Quentin Toffano

L’ordinateur quantique, une utopie ? Ou une réalité qui transformera nos vies ? Notre société évolue si vite qu’il est aujourd’hui surprenant de penser que l’ordinateur et la télévision n’existaient point il y a seulement 70 ans. Il n’y a pas que cela : présentement, vous tenez dans votre poche un appareil beaucoup plus puissant que les premiers ordinateurs, qui avaient presque la taille d’une chambre à coucher!

L’informatique a comme mission, depuis de nombreuses années, de réduire la taille des puces, des processeurs, etc. Toutefois, nous en sommes à observer et à travailler avec du tellement petit que ce ne sont plus les lois de la physique classique qui gouvernent. Avec des éléments aussi petits, la nature agit conformément à la mécanique quantique… Bienvenue dans un monde de fous !

La mécanique quantique est l’ensemble des lois qui décrivent l’extrêmement petit. Toutefois, ces lois sont si abstraites et éloignées de notre réalité quotidienne que Niels Bohr, l’un des piliers de la physique quantique, a dit un jour : «Quiconque n’est pas choqué par la mécanique quantique ne la comprend pas.»

En ce qui concerne l’ordinateur quantique, c’est le principe de superposition qui doit être abordé pour mieux comprendre le concept.

Le principe de superposition explique qu’une particule peut avoir plusieurs états simultanés. Par exemple, un électron (particule qui compose l’atome) pourrait avoir plusieurs positions définies dans l’espace en un même instant. Pour mieux représenter tout cela, une célèbre expérience de pensée a été élaborée: le chat de Schrödinger. Imaginons que nous prenions un chat, et que nous le déposions dans une boite. Cette dernière étant munie d’un système qui risque de tuer notre animal. De ce fait, si l’on ferme la boîte, après une minute, notre ami le chat a 50% de chance d’être mort…

Contrairement à ce que l’on pourrait croire, notre fameux chat n’est pourtant ni l’un ni l’autre. Après une minute, notre chat est plutôt à la fois en vie et mort! En effet, tant que nous n’ouvrons pas la boite, il est dans un état intermédiaire qui combine les deux possibilités. Cela dit, il est important de nuancer. Un chat ne peut pas être en vie et mort en même temps, mais l’expérience permet d’illustrer qu’une particule puisse avoir plusieurs positions, vitesses, et spins définis en un même instant.

Revenons à nos ordinateurs : en informatique, l’information est codée par bits c’est-à-dire par un système binaire (ne comportant que des zéros et des uns). Autrement dit, l’information que vous retrouvez sur votre ordinateur, comme une image, a été programmée par une longue série de 0 et de 1. Les iPods, cellulaires et tablettes que nous utilisons aujourd’hui sont tous codés de cette manière. Contrairement à un ordinateur simple, l’ordinateur quantique sera codé en qbits, c’est-à-dire en bits quantiques. Ces derniers ont la particularité de pouvoir, comme notre chat qui est à la fois en vie et mort, être à la fois le 0 et le 1.

En outre, les qbits ne se contentent pas d’être uniquement le 1 et le 0 simultanément. Ils fonctionnent d’une manière tout à fait différente des bits traditionnels. Pour les comparer, mettons-les en pratique : Comme chacun de nos bits peut être soit un 1 soit un 0 nous obtenons deux informations pour deux bits, avec trois bits, trois informations et ainsi de suite. C’est un peu plus complexe avec les bits quantiques (qbits)… Si nous avons 2 qbits, nous avons 4 informations. Non seulement cela, le nombre de qbits agit de façon exponentielle! Cela signifie que pour 3 qbits il y a 8 informations, pour 4 qbits ,16 informations et pour seulement une centaine de qbits 1,623×1032 informations, comparativement à 100 informations pour un ordinateur traditionnel.

Ce concept un peu abstrait permet des merveilles! Par exemple, avec un ordinateur quantique, la vitesse de résolution de certains calculs en serait décuplée jusqu’au point où des calculs qui prendraient des millions d’années à résoudre avec un ordinateur classique le seraient en une vingtaine de minutes seulement. L’ordinateur quantique serait même plus puissant qu’un cerveau humain.

Malheureusement, il faut comprendre que ces ordinateurs ne sont pas faits pour tous les usages. En effet, ceux-ci sont efficaces pour la factorisation et pour les probabilités. Ces ordinateurs seraient donc utiles aux banques, aux administrations, aux organisations militaires ou même en climatologie. Toutefois, il n’y a pas que du positif à un ordinateur aussi puissant qui peut représenter un danger. Presque tous les systèmes de sécurité du monde, de l’armement nucléaire à l’administration des hôpitaux, sont codés par de la cryptographique classique, c’est-à-dire en 0 et en 1. Cependant, avec seulement 15 qbits un ordinateur quantique serait capable de décrypter n’importe lequel de ces codes classiques en quelques minutes. Avec un tel appareil, les banques, les centrales nucléaires ou encore le Pentagone pourraient ne plus être à l’abri.

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