Vitesse de calcul d’un ordinateur quantique : combien de fois plus rapide qu’un classique ?

La course à la vitesse de calcul entre les ordinateurs classiques et quantiques atteint des sommets inédits. Les ordinateurs quantiques, utilisant les principes de la mécanique quantique, promettent des performances vertigineuses par rapport à leurs homologues classiques. Un de leurs atouts majeurs réside dans leur capacité à traiter des informations de manière exponentielle, grâce aux qubits, et non plus de façon linéaire.

Des entreprises comme Google et IBM revendiquent des avancées significatives. Google a même annoncé que son ordinateur quantique, Sycamore, avait résolu en quelques minutes un problème complexe qui aurait pris des milliers d’années à un superordinateur classique. Ces chiffres donnent le vertige et laissent entrevoir un futur où certaines tâches, jugées impossibles aujourd’hui, deviendront réalisables en un clin d’œil.

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Les principes de base de l’ordinateur quantique

L’ordinateur quantique utilise des qubits, les unités fondamentales de l’information quantique. Contrairement aux bits classiques qui ne peuvent être que dans un état 0 ou 1, les qubits peuvent exister dans une superposition de ces états, grâce aux principes de la mécanique quantique. Cette particularité permet une capacité de calcul exponentiellement supérieure.

Qubits et superposition

Les qubits exploitent deux phénomènes de la mécanique quantique : la superposition et l’intrication. La superposition permet à un qubit d’être simultanément dans plusieurs états, tandis que l’intrication lie les états de plusieurs qubits, de sorte que l’un influence directement les autres, même à distance.

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Landry Bretheau, physicien au Collège de France, explique : ‘Un ordinateur quantique peut résoudre des problèmes que les ordinateurs classiques mettraient des millions d’années à traiter.’

Les défis techniques

Une des principales difficultés dans la construction de ces machines réside dans la manipulation et la stabilité des qubits. La décohérence, phénomène par lequel un qubit perd son état quantique, est un défi majeur. Loïc Henriet, chercheur chez Pasqal, souligne l’importance des avancées en correction d’erreurs quantiques pour pallier ce problème.

Applications potentielles

Les ordinateurs quantiques promettent des avancées révolutionnaires dans divers domaines :

• Cryptographie : avec des algorithmes comme celui de Shor, ils pourraient casser les systèmes de cryptographie actuels.
• Optimisation : résoudre des problèmes complexes comme celui du voyageur de commerce.
• Industrie pharmaceutique : simuler la réactivité des molécules pour accélérer le développement de nouveaux médicaments.
• Intelligence artificielle : améliorer significativement les performances des algorithmes d’apprentissage automatique.

Ces applications montrent le potentiel immense des ordinateurs quantiques.

Comment fonctionne un ordinateur quantique ?

Comprendre le fonctionnement d’un ordinateur quantique nécessite de plonger dans les principes de la mécanique quantique. Contrairement aux ordinateurs classiques qui utilisent des bits, les ordinateurs quantiques utilisent des qubits. Ces qubits peuvent exister simultanément dans plusieurs états grâce au phénomène de superposition.

Superposition et intrication

La superposition permet à un qubit de représenter à la fois 0 et 1, ce qui multiplie la capacité de traitement. Les qubits peuvent être intriqués, une propriété qui lie les états de deux qubits de façon qu’une modification de l’un affecte instantanément l’autre, même à distance. Cette intrication crée des corrélations puissantes entre les qubits, permettant des calculs plus rapides et plus complexes.

Algorithmes quantiques

Les algorithmes quantiques exploitent ces propriétés pour résoudre des problèmes inaccessibles aux ordinateurs classiques. Par exemple, l’algorithme de Shor peut factoriser de grands nombres en un temps polynomial, ce qui menace les systèmes de cryptographie actuels. D’autres algorithmes sont utilisés pour des tâches d’optimisation, comme le problème du voyageur de commerce.

Applications concrètes

Les ordinateurs quantiques ouvrent de nouvelles perspectives dans plusieurs domaines :

• L’industrie pharmaceutique : simuler la réactivité des molécules pour développer de nouveaux médicaments.
• L’intelligence artificielle : améliorer les algorithmes d’apprentissage automatique pour des prises de décision plus rapides et plus précises.

Ces applications montrent le potentiel incroyable des ordinateurs quantiques, promettant des avancées technologiques majeures.

Comparaison de la vitesse de calcul : quantique vs classique

L’atteinte de la suprématie quantique par les ordinateurs quantiques marque un tournant dans l’informatique moderne. Google, en collaboration avec la NASA, a démontré avec son processeur Sycamore une capacité à résoudre en 200 secondes un calcul qui prendrait 10 000 ans à un superordinateur classique. Cette prouesse, bien que contestée par certains, illustre le potentiel de l’informatique quantique.

La société D-Wave utilise une technologie appelée recuit quantique, différente de celle de Google ou IBM. Andrew King, chercheur chez D-Wave, a déclaré que pour certains problèmes spécifiques d’optimisation, les ordinateurs quantiques pourraient être jusqu’à 3 600 fois plus rapides que les meilleurs ordinateurs classiques.

Les avancées de Jiuzhang

En Chine, l’ordinateur quantique Jiuzhang, développé par une équipe de chercheurs, utilise des photons et des bosons pour effectuer des calculs. Jiuzhang a démontré une capacité de calcul 100 trillions de fois plus rapide que les superordinateurs classiques pour des problèmes de simulation de bosons. Gabriel Aeppli, physicien reconnu, explique que ces avancées ouvrent de nouvelles perspectives pour les simulations quantiques et les algorithmes de machine learning.

Les défis et perspectives de l’informatique quantique

L’informatique quantique se heurte à des obstacles techniques majeurs. La décohérence, phénomène où les qubits perdent leur état quantique, demeure un défi. Pour y remédier, la correction d’erreurs quantiques est essentielle. Cette technologie vise à réduire les erreurs induites par la décohérence, permettant ainsi des calculs plus robustes et précis.

Initiatives et investissements

Plusieurs entreprises et États investissent massivement dans ce domaine. PsiQuantum a levé 600 millions d’euros, IonQ 400 millions, et Pasqal, entreprise française, 100 millions. Ces fonds sont destinés à la recherche et au développement de processeurs quantiques plus performants et stables.

• PsiQuantum : 600 millions d’euros levés
• IonQ : 400 millions d’euros levés
• Pasqal : 100 millions d’euros levés

Le plan Quantum en France

En France, le Plan Quantum, annoncé par le président Macron, vise à positionner le pays comme leader dans le secteur. Ce plan inclut des investissements dans la recherche universitaire et industrielle, ainsi que dans la formation de talents spécialisés en mécanique quantique et en informatique.

Ces initiatives illustrent une prise de conscience globale des potentialités et des défis de l’informatique quantique. Les avancées technologiques, soutenues par des financements conséquents, promettent des applications révolutionnaires dans divers secteurs, de la cryptographie à l’optimisation industrielle.