Qui a peur de l’informatique quantique ?

La route vers un avenir quantique peut être plus longue et plus sinueuse que certains ne le pensent, mais le potentiel qu’elle recèle est profond, écrit Chris Ferrie, professeur associé à l’UTS.

Si le pont du port de Sydney était reconstruit aujourd’hui, les ingénieurs concevraient, construiraient et testeraient le nouveau pont dans des mondes virtuels avant qu’un mot de terre ne soit transformé.

La simulation numérique a révolutionné la science et la technologie, améliorant l’efficacité, réduisant les coûts et atténuant considérablement les risques.

Cela pourrait aussi faire la même chose pour la médecine.

Aujourd’hui, les médicaments ne sont pas tant conçus que « découverts » parce que les ordinateurs numériques ne peuvent pas simuler les interactions moléculaires dans le corps humain, et ne peuvent donc pas fournir des informations inestimables qui propulseraient le développement de nouveaux traitements et remèdes.

C’est là que réside la promesse des ordinateurs quantiques.

À l’avenir, la chimie sera simulée sur des ordinateurs quantiques pour concevoir et tester de nouveaux médicaments, matériaux et nouvelles formes exotiques de matière.

Seul le temps nous dira s’il s’agira d’une utopie, d’un scénario apocalyptique technologique ou simplement de la marche régulière et banale du progrès.

Un algorithme quantique est un ensemble d’instructions étape par étape qui modifie les informations quantiques, tout comme un algorithme conventionnel est un ensemble d’instructions étape par étape qui modifie les informations numériques (les bits et les octets de votre téléphone portable et d’autres ordinateurs) .

L’information quantique est codée par les détails fins de l’énergie et de la matière, révélés au cours du siècle dernier par la physique quantique et contrôlables par l’ingénierie de précision à l’échelle microscopique.

Plutôt que les 0 et les 1 de la technologie numérique, les bits quantiques (ou qubits) peuvent être représentés par de longues listes de nombres.

Dans les années 1990, on a découvert que certains problèmes pouvaient être résolus en beaucoup moins d’étapes s’ils étaient encodés en qubits plutôt qu’en bits.

Ce raccourci était si séduisant qu’un effort scientifique international a commencé à construire des machines pour le faire de manière rapide et fiable.

Ces machines sont appelées ordinateurs quantiques, et 30 ans plus tard, des prototypes de dispositifs de preuve de principe ont été construits avec succès.

Les chercheurs en informatique quantique ont compilé une liste, appelée Zoo d’algorithmes quantiques, de plus de 60 algorithmes quantiques censés s’exécuter en moins d’étapes que le meilleur algorithme classique pour le même problème.

Le premier de la liste est également le plus célèbre algorithme de factorisation de Shor. La factorisation est le processus de décomposer un grand nombre (comme 21) en nombres plus petits qui le produisent par multiplication (21 = 7 3).

Pour les très grands nombres, c’est un problème si difficile pour les ordinateurs numériques que la grande majorité des systèmes de communication (comme Internet) l’utilisent pour la sécurité.

Cependant, l’algorithme de Shor nécessite beaucoup moins d’étapes pour résoudre le problème, ce qui est un gros problème pour la confidentialité et la sécurité.

De nombreux problèmes peuvent être considérés comme une recherche de la meilleure solution parmi une longue liste de solutions possibles.

L’algorithme de recherche de Grover est un autre algorithme quantique célèbre qui prend moins d’étapes pour parvenir à une réponse qu’un algorithme de recherche classique pour des problèmes particulièrement difficiles.

On ne sait pas encore quels problèmes du monde réel apporteront un avantage pratique significatif, mais les problèmes difficiles de ce type abondent dans des domaines critiques tels que la modélisation climatique, l’optimisation du portefeuille financier et l’intelligence artificielle.

Plus récemment, des chercheurs ont suggéré et fourni des exemples de principe de formation de dispositifs quantiques pour apprendre à travers des exemples, inaugurant potentiellement un nouveau paradigme d’intelligence artificielle.

La simulation précise des interactions chimiques nécessite des calculs issus de la théorie de la physique quantique. Ceux-ci sont nécessaires pour concevoir de nouveaux médicaments, engrais, batteries et autres matériaux.

Les détails de la praticité d’un ordinateur quantique dans un cas particulier restent à déterminer, mais un ordinateur quantique programmable pourrait en principe imiter le monde réel à ce niveau fondamental.

Souvent, le véritable pouvoir de transformation d’une technologie ne réside pas dans ses applications immédiates, mais dans celles qui ne peuvent être prévues.

En réfléchissant aux débuts d’Internet, peu de gens auraient pu prédire l’avènement des achats en ligne, des médias sociaux ou des services de streaming.

De même, alors qu’il est prévu que la technologie quantique révolutionnera des domaines comme la cryptographie, la découverte de médicaments et la modélisation climatique, son impact ultime pourrait être quelque chose qui ne peut pas encore être conçu.

Avec tout ce potentiel vient beaucoup de battage médiatique. Mais cela doit être tempéré par une dose de réalité.

Au cours de la dernière décennie, les ordinateurs quantiques ont lentement quitté les départements de physique des universités pour s’installer dans les laboratoires d’ingénierie des grandes multinationales et des start-up.

La recherche est passée d’une pure découverte scientifique à une mise au service de défis techniques spécifiques. En effet, ce sont là quelques-uns des plus grands défis auxquels l’humanité ait jamais été confrontée.

Les ordinateurs quantiques nécessitent actuellement des températures extrêmement basses ou un vide ultra poussé pour fonctionner.

Les degrés de liberté qui encodent l’information quantique sont fragiles, chaque particule parasite avec laquelle ils entrent en contact est susceptible de provoquer une erreur irréparable.

Alors que la durée de vie d’un bit encodant actuellement vos informations numériques peut être de plusieurs milliards d’années, la durée de vie des qubits d’aujourd’hui est d’un millième de seconde.

Pourtant, il y a eu une progression constante de l’amélioration de la technologie quantique au cours des dernières décennies.

L’histoire nous enseigne que les transitions technologiques ont tendance à être plus lentes que ne le prédit le battage médiatique initial. La transition vers la technologie quantique ne sera pas comme appuyer sur un interrupteur, elle continuera d’être un processus graduel.

Pour mettre tout cela en perspective, il faut se rappeler que la peur vient souvent de l’inconnu.

Les complexités de la technologie quantique peuvent être intimidantes, mais cela ne signifie pas qu’elles sont insurmontables.

La route vers un avenir quantique peut être plus longue et plus sinueuse que certains ne le pensent, mais le potentiel qu’elle recèle est profond. Et donc, c’est avec un objectif réaliste mais optimiste que l’humanité devrait aborder cette technologie émergente.

Qui a peur de la technologie quantique ? Peut-être ceux qui craignent le changement, l’inconnu ou les défis qui accompagnent inévitablement les percées technologiques.

Pourtant, adopter la technologie quantique pourrait consister moins à surmonter la peur qu’à favoriser la compréhension, à encourager la patience et à garder l’esprit ouvert aux possibilités illimitées que cette technologie promet d’apporter.