Au royaume lilliputien des quanta, la matière adopte des propriétés qui dépassent notre entendement usuel. L’une d’elles mène à l’élaboration d’une informatique d’un nouveau genre, à même de surpasser les super ordinateurs actuels pour certains types de calculs. Pourtant, cela n’est pas si simple : les processeurs quantiques sont difficiles à mettre au point à grande échelle et ils nécessitent la conception d’algorithmes inédits…

En octobre 2019, Google a annoncé avoir atteint la « suprématie quantique »… Qu’est ce que cette « suprématie quantique » ? Une situation décrite en 2012 par John Preskill, un physicien américain du California Institute of Technology (Caltech). Preskill a posé qu’elle serait atteinte le jour où un ordinateur quantique saurait résoudre un problème bien plus rapidement qu’un ordinateur classique. Google a donc clamé avoir atteint cette situation avec son processeur Sycamore et donc avoir marqué une étape de l’histoire de l’informatique. Quand bien même, comme nous le verrons plus loin, cette affirmation a été remise en question, cet événement a contribué à mettre en lumière les potentiels de cette informatique d’un goût nouveau.

Qu’est-ce au juste que l’informatique quantique et en quoi diffère-t-elle du modèle habituel ?

Le processeur quantique Sycamore de Google. Google a affirmé avoir atteint la « suprématique quantique » en octobre 2019 – soit le moment où un ordinateur classique surpasserait le plus puissant des ordinateurs classiques. Cette affirmation a été contestée depuis. © Erik Lucero, Google Quantum Hardware

La révolution quantique

Le siècle dernier a été celui de l’électronique. En 1897, le premier dispositif électronique, le tube à vide a été inventé, puis il a été remplacé par le transistor inventé en 1947, lui-même reconverti peu à peu en circuit intégré — en 1959. À partir de là, il n’a fallu que 13 ans pour que le premier microprocesseur soit mis en vente. Toutes ces révolutions technologiques ont été permises par la physique quantique élaborée au début du XXe siècle.

Or, le XXe siècle a vu advenir une seconde révolution quantique, qui exploite de nouvelles propriétés notamment la capacité à contrôler individuellement des atomes, des électrons et des photons. Ces nouvelles capacités sont en mesure de révolutionner la technologie des ordinateurs.

Les étranges propriétés des quanta

La découverte des propriétés des quanta a stupéfait plus d’un Homme de science car, à cette échelle, un atome se comporte tantôt comme une particule, tantôt comme une onde. Il en résulte des comportements totalement étrangers à notre façon de concevoir la matière.

La première est la superposition d’états. Par la nature même des quanta, un bit quantique ou qubit, dans la mesure où il peut se comporter comme une onde, peut superposer plusieurs valeurs. Cela semble dépasser no...
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