D’ici quelques années, les ordinateurs quantiques vont complètement bouleverser le domaine de l’informatique. Grâce à l’utilisation directe des lois de la physique quantique, ils seront capables de démultiplier les capacités et les usages d’un ordinateur classique. Pour Thierry Breton, PDG du groupe Altos, leur développement représentera même une « rupture technologique » décisive. En effet, depuis la mise au point des premiers petits calculateurs quantiques dans les années 1990, les scientifiques ont réalisé des progrès fulgurants dans le domaine. En mars 2018 notamment, le dévoilement du dernier processeur quantique de Google, Bristlecone, fait un pas de plus vers ce que l’on appelle la « suprématie quantique ». Grâce à toutes ces avancées récentes, les ordinateurs quantiques s’imposent désormais comme une technologie d’avenir incontournable.

Le constat : nos ordinateurs ont des capacités limitées

Les ordinateurs que nous utilisons aujourd’hui fonctionnent sur la base d’un système binaire : ils codent l’information sous forme de bits. Si cela a très bien fonctionné pendant de nombreuses années, ce système commence aujourd’hui à montrer certaines limites en terme de stockage et de traitement de l’information. Même les supercalculateurs, qui ont déjà repoussé les frontières de la science, peuvent être dépassés par la complexité de certaines opérations. Comme l’explique Vincent Rollet dans un article pour l’Institut Pandore, c’est parce qu’ils ne « pensent » tout simplement pas de la bonne manière. Les scientifiques envisagent donc, depuis quelques années, de créer des machines avec un fonctionnement tout à fait différent.

Comment ça fonctionne ?

Afin de réaliser des opérations complexes, les ordinateurs quantiques vont utiliser les propriétés de la mécanique quantique. Leurs processeurs fonctionnent grâce à deux phénomènes : la superposition et l’intrication quantique, qui ont lieu à une échelle microscopique. « Au lieu d’utiliser des bits […] l’ordinateur quantique utilise des bits quantiques, ou qbits, qui ne prennent pas comme valeur 0 ou 1, mais une superposition de 0 et de 1 », explique Vincent Rollet. L’usage des qbits, décrit pour la première fois dans une étude en 2009, permet alors de démultiplier les capacités de stockage et la vitesse de calcul de ces ordinateurs de manière exponentielle. Mais de ce fait, ils présentent les mêmes limites que celles de la mécanique quantique. Le phénomène de « décohérence », en particulier, conduit à la destruction des objets quantiques à la fin de la mesure.

Surmonter les obstacles à l’horizon 2020

Comme l’explique Futura Sciences, les scientifiques sont donc à la recherche de solutions pour pallier à ces obstacles physiques. Et comme les processeurs quantiques ne peuvent être exécutés que dans des environnements très froids, protégés des chocs et des sons, leur étude est à la fois coûteuse et complexe. Cependant, depuis quelques années, les géants du numérique se sont lancés à corps perdu dans la course aux ordinateurs quantiques, et leurs investissements massifs laissent présager de rapides progrès. Pour le moment, Google semble en tête de la compétition avec Bristlecone, son processeur quantique de 72 qbits dévoilé le 5 mars 2018. Il est le plus puissant à avoir été créé jusqu’à présent ; et les chercheurs du Quantum AI lab ont prédit qu’ils arriveraient bientôt à surpasser les super-ordinateurs. Son plus féroce concurrent, IBM, reste dans la course avec son processeur fonctionnant avec 50 qbits. Xavier Vasquez, directeur technique d’IBM France, a également déclaré que leurs progrès devraient conduire à la création de l’ordinateur quantique universel au cours de la prochaine décennie.

Des perspectives d’applications révolutionnaires

Au delà de la résolution mathématique et des super-calculs, ces ordinateurs quantiques pourront être employés dans de nombreux domaines. Sur son site web, IBM a ainsi listé quelques unes de leurs applications envisagées dans le futur. D’après la firme, ils permettront des avancées révolutionnaires dans le domaine de la médecine, de la bio-informatique, et de l’intelligence artificielle ; mais aussi dans d’autres secteurs plus surprenants. En effet, ces calculateurs pourraient permettre d’anticiper plus précisément les crises climatiques et même financières, et donc de mieux prévenir leurs conséquences. Pour le moment, ces machines complexes restent destinées au domaine de la recherche. Toutefois, selon Mikhail Lukin, professeur de physique à Harvard, elles finiront par faire leur entrée dans notre quotidien – et cela plus vite qu’on le croit.

Le problème : ça peut mal tourner

Comme l’explique Wired, le développement de ces ordinateurs quantiques pourrait toutefois devenir « le grand risque du futur ». S’ils ne cessent de repousser les limites de la science, ils peuvent également faire peser une lourde menace sur nos systèmes informatiques. Actuellement, nos emails, nos transactions financières et certaines de nos activités en ligne sont chiffrées grâce au système RSA. Mais vu la puissance et la rapidité de ces ordinateurs quantiques, les données complexes sécurisant notre navigation deviendraient extrêmement faciles à décoder. En déjouant les pièges de la cryptographie, les processeurs quantiques pourraient rendre les systèmes informatiques de groupes industriels ou même d’États complètement vulnérables. Pour cette raison, la « suprématie quantique » doit demeurer sous contrôle, et entre de bonnes mains.