La prochaine révolution informatique quantique

Imaginez un ordinateur qui fonctionne presque aussi vite que le corps humain et stocke toutes ses données, comme les humains, sur des brins d'ADN. Ce n'est pas de la science-fiction - c'est vraiment un fait scientifique - car les scientifiques ont récemment démontré comment enregistrer des données sur l'ADN. Au cours des deux dernières années seulement, les puces de traitement informatique quantique ont fait de grands progrès dans le monde technologique avec des processeurs plus gros et meilleurs construits et utilisés à des fins expérimentales.

La mécanique quantique fournit les lois sous-jacentes et la base de la construction d'ordinateurs quantiques. C'est le domaine de la science qui décrit comment les particules subatomiques se comportent et interagissent, et il comprend des lois, théories et principes de la physique quantique qui décrivent comment ces interactions époustouflantes se produisent dans le domaine de l'informatique.

Ces théories et lois incluent la quantification de l'énergie, les paquets d'énergie définis comme quantiques; l'existence simultanée de particules en tant qu'onde et particules connues sous le nom de dualité onde-particule; le principe d'incertitude de Heisenberg, qui dit que la mesure effondre la particule subatomique dans l'un de ses deux états potentiels; et le principe de correspondance, développé par le physicien Niels Bohr, qui a postulé que toute nouvelle théorie doit également s'appliquer à phénomènes conventionnels de la physique ancienne, et pas seulement décrire le comportement des particules et des ondes au niveau atomique dans la nouvelle théories.

Dans l'informatique standard, les ordinateurs fonctionnent en traitant des bits d'information numériquement dans l'une des deux valeurs: zéro et un, qui représentent un état activé ou désactivé. Alors que les vitesses des ordinateurs ont augmenté de façon exponentielle depuis les premiers jours des ordinateurs personnels à la fin des années 80 et au début des années 90, ces derniers et même les superordinateurs utilisés par l'armée, les laboratoires de recherche et les collèges ont encore des limites quant à la vitesse à laquelle ils effectuent des calculs mathématiques complexes équations. Certaines équations prennent des années pour que même les superordinateurs fonctionnent en raison de la durée de certaines des équations mathématiques.

Ce n'est pas le cas avec un ordinateur quantique, construit sur l'idée de bits quantiques, appelés qubits, car ces données peuvent exister dans plusieurs états 0 et 1 en même temps. Plus il y a de qubits dans un ordinateur quantique, plus il autorise d'états potentiels - et plus les calculs de données peuvent être rapides. En raison de l'intrication quantique, ce qu'Einstein a appelé « l'action effrayante à distance », les qubits peuvent fonctionner avec de grandes distances entre eux sans avoir besoin de fils. Et à cause de cela, ce qui arrive à une particule, arrive à l'autre simultanément.

Les ordinateurs quantiques fonctionnent si vite qu'ils peuvent briser la plupart des méthodes de cryptage utilisées aujourd'hui, y compris les transactions bancaires et autres méthodes de cybersécurité. Entre les mains de personnes malveillantes, un ordinateur quantique ferait beaucoup de dégâts et pourrait mettre le monde à genoux technologiquement.

Mais entre les mains de personnes bien intentionnées, les ordinateurs quantiques feront progresser les capacités de l'intelligence artificielle contrairement à tout ce qui a été vu à ce jour. Par exemple, vous pouvez charger le tableau périodique et les lois de la mécanique quantique dans l'ordinateur pour concevoir des cellules solaires plus efficaces. Les ordinateurs quantiques peuvent conduire à des processus de fabrication affinés et optimaux, améliorer les batteries de voitures électriques, calculer des algorithmes plus rapidement pour les dissoudre embouteillages sur les autoroutes, déterminez les meilleures méthodes d'expédition et les meilleurs itinéraires de voyage, et analysez essentiellement les données à des vitesses énormes, même les plus rapides supercalculateurs.

Les ordinateurs quantiques n'offrent pas seulement un type de technologie plus avancé; ils sont la base d'une toute nouvelle forme de calcul entièrement basée sur les lois qui sous-tendent la mécanique quantique. Comparé à un ordinateur standard équipé de méthodes informatiques classiques, un ordinateur quantique fait ressembler un ordinateur ordinaire à un tricycle par rapport à une voiture de course ultra-rapide.

Les développements des processeurs qubit au fil des ans comprennent :

• 1998 L'Université d'Oxford au Royaume-Uni a révélé son processeur à 2 qubits.
• 1998 IBM, UC Berkeley, l'Université de Stanford et le MIT développent un processeur à 2 qubits.
• 2000 L'université technique de Munich, en Allemagne, crée un processeur à 5 qubits.
• 2000 Le Laboratoire national de Los Alamos aux États-Unis a dévoilé un processeur à 7 qubits.
• 2006 Institute for Quantum Computing, Perimeter Institute for Theoretical Physics et MIT créent un processeur de 12 qubits.
• 2017 IBM partage l'actualité de son processeur 17 qubits.
• 2017 IBM dévoile son processeur de 50 qubits.
• 2018 Google partage des nouvelles de son processeur 72 qubit.

Bien que les ordinateurs quantiques fonctionnent rapidement, ils n'ont actuellement aucun moyen de stocker des données car, en vertu des règles existantes de la mécanique quantique, vous ne pouvez pas faire de duplicata, de copie ou d'enregistrement de données dans le système quantique. Les ingénieurs et les scientifiques recherchent de multiples façons de stocker des données quantiques; certains envisagent même de stocker des données sur des brins d'ADN.

Les scientifiques ont développé une méthode en 2017 qui stocke environ 215 millions de gigaoctets d'informations dans un seul gramme d'ADN. Les disques durs conventionnels stockent les données en deux dimensions, tandis que DNA offre trois dimensions et un stockage de données plus important. Si un moyen d'utiliser l'ADN s'avérait réalisable, pratiquement toutes les connaissances du monde stockées sur l'ADN rempliraient une seule pièce ou l'arrière de deux camionnettes standard.

Les chercheurs et les grands acteurs du monde entier se démènent pour construire le prochain plus gros processeur. IBM a mis l'informatique quantique dans son cloud, la rendant accessible à la plupart des personnes qui s'inscrivent pour participer à ses expériences.

Microsoft est en train d'intégrer l'informatique quantique dans sa plate-forme Visual Studio, mais à part l'annonce en septembre 2017 de son intention de fonder ses plans sur le Particule Majorana Fermions – une particule qui existe comme sa propre antiparticule et qui a été découverte en 2012 – Microsoft reste relativement silencieux sur son informatique quantique des plans.

Google a l'intention de dominer le domaine de l'informatique quantique et espère atteindre la "suprématie quantique" en construisant une puce capable de surpasser les superordinateurs d'aujourd'hui avec ses calculs quantiques.

Indépendamment des progrès réalisés dans l'informatique quantique, les ordinateurs quantiques ne seront pas de sitôt entre les mains du public. Les ordinateurs quantiques en état de marche trouveront leur chemin dans les laboratoires, les groupes de réflexion et les centres de recherche d'abord pour aider à résoudre des équations qui prendraient des années à des superordinateurs.

Bien que de nombreux chercheurs prédisent la commercialisation des ordinateurs quantiques dans les quatre à cinq prochaines années, il faudra peut-être quelques années après cela et plus avant que les ordinateurs quantiques ne deviennent la norme pour le Publique.