L'ordinateur quantique, au travers de la physique quantique, devrait permettre de repousser les limites des mathématiques classiques.
Après l'avènement de l'ordinateur classique tel qu'on le connait aujourd'hui, on assiste également à l'avènement d'ordinateurs quantiques. Fondamentalement, quelle est la différence entre un ordinateur classique et un ordinateur quantique ? Concrètement, comment définir un ordinateur quantique ?
Charles Corge : Le concept d’ordinateur quantique répond au souci de contourner la loi empirique de Moore selon laquelle doubler le nombre de puces par unité de volume permet de doubler la puissance de calcul, car l’industrie électronique ne saurait procéder indéfiniment à ce doublement sans se heurter aux effets quantiques qui ne peuvent que se manifester à partir d’un certain degré de miniaturisation. D’où l’idée de définir un modèle de calcul quantique fondé sur les lois de la mécanique quantique. L’unité d’information la plus élémentaire que l’on puisse traiter sur un ordinateur classique est le bit qui ne peut prendre que l’une ou l’autre des deux valeurs 0 ou 1 ; il pourrait correspondre, par exemple, à la présence ou à l’absence d’une charge dans un condensateur. En calcul quantique, on définit par analogie une unité d’information élémentaire que l’on appelle bit quantique ou qubit (abréviation de l’anglais quantum bit). Comme le bit, le qubit peut se trouver dans l’un ou l’autre de deux états, mais il est de nature différente car c’est un vecteur unitaire dans un espace vectoriel complexe de Hilbert de dimension deux. Un qubit peut, par exemple, être représenté par deux états d’énergie d’un électron atomique, l’état de plus basse énergie dit état fondamental peut jouer le rôle de 0, que l’on note |0>, tandis que celui du 1 correspond à un état d’énergie supérieure, noté |1>. Cela dit, tout qubit |φ> s’écrit sous la forme |φ> = α|0> + β|1>, avec |α|2 + |β|2 = 1. Pour manipuler cette information les physiciens envoient sur l’atome des impulsions lumineuses de fréquence, durée et amplitude adéquates, ce qui a pour effet d’imprimer au qubit une rotation dans l’espace de Hilbert.
Quelles sont les capacités dont dispose un ordinateur quantique ? A quoi sert cette nouvelle technologie, concrètement ?
L’espace de Hilbert est exponentiellement vaste. Il n’y a donc que l’ordinateur quantique qui permette de réaliser une simulation exacte d’un système quantique car il en est un lui-même. Comme le qubit est une superposition des deux états |0> et |1>, cela signifie que le processeur quantique peut effectuer deux calculs simultanément. Peter Shor tira profit de ce parallélisme pour élaborer un algorithme capable de réaliser la factorisation de grands nombres entiers en un temps polynomial, ce que ne saurait faire un algorithme classique. Il est un autre algorithme quantique supérieur à tout classique en termes de rapidité. C’est celui élaboré par Lov Grover pour la recherche d’une entrée dans une base de données non structurée. Sur un autre plan, la mécanique quantique nous révèle la faculté pour une paire de particules aussi éloignées l’une de l’autre qu’on le puisse imaginer de ne constituer qu’une entité indissociable. C’est le phénomène d’intrication, lequel permet en téléportation quan-tique de déceler toute écoute frauduleuse de l’information transmise.
Dans quelle mesure un ordinateur quantique représente-t-il une avancée particulière dans le monde de la science ? Que pourrait-il changer à notre monde, comme l'a fait l'avènement de l'ordinateur ?
En permettant la construction de nouvelles portes logiques, la mécanique quantique rend possibles de nouveaux algorithmes. Par ailleurs, les ordinateurs quantiques sont mieux adaptés à la simulation des systèmes quantiques que les calculateurs classiques dont la durée de traitement augmente exponentiellement avec la taille des don-nées. Le calcul quantique ajoute de nouvelles fonctions logiques telles que la "racine carrée de NON". Ainsi la physique quantique permettrait de repousser les limites des mathématiques.
Quelles sont les applications irréalisables dans l'immédiat mais que l'on peut imaginer à l'avenir ?
Le calcul quantique offre de nouveaux outils qui permettent de mieux comprendre les implications de la physique quantique et de mieux la tester. Pour autant, les ordinateurs quantiques ne sont pas encore sur le marché et si des barrières fondamentales empêchaient de les construire, la physique quantique telle que nous la connaissons pourrait être remise en cause.
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