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La révolution quantique

Le blog de Christophe Jurczak

Le quantique débarque à Las Vegas, le début d'une révolution ?

Publié le

Le quantique débarque à Las Vegas, le début d'une révolution ?
© D.R.

L’ordinateur quantique a débarqué au CES de Las Vegas cette année ! Après une première annonce en 2018 de nouveaux processeurs par Intel, c’est IBM par la voix de son CEO Ginni Rometty qui a dévoilé "le premier ordinateur quantique à usage commercial". Alors est-ce que tout le monde va bientôt pouvoir acheter un ordinateur quantique ?

En fait, ce n’est pas demain la veille car ces super-ordinateurs sont surtout destinés à résoudre des problèmes complexes pour les entreprises et les scientifiques en un temps record, tout en consommant moins d’énergie. Par rapport à une machine classique, aussi puissante soit elle, l’ordinateur quantique est une machine de course, et quel est intérêt de rouler en McLaren pour rester bloqué dans les bouchons parisiens en allant au bureau…

Un exemple : la prédiction des résultats de réactions chimiques entre plusieurs composants. En principe on pourrait, en se passant d’expérience de paillasse, tout calculer sur un ordinateur puisque l’on connait les lois de la physique.

Mais pour une molécule de benzène, qui est une molécule simple avec seulement 42 électrons, le nombre de variables à prendre en considération pour les calculs est de l’ordre de 10 puissance 44, un nombre gigantesque qui ne peut pas être manipulé par un super-ordinateur, ni même l’ensemble de tous les ordinateurs de la planète mis en réseau. Avec un ordinateur quantique ce type de calcul dépend du nombre de variables de façon polynomiale et non plus exponentielle ce qui va permettre de réduite considérablement le temps de calcul – de l’ordre du jour ou de la semaine – dès qu’on aura des machines avec un nombre suffisant de processeurs performants. 

Ainsi on peut envisager à brève échéance une chimie s’appuyant beaucoup plus qu’aujourd’hui sur du calcul numérique que sur des expériences longues et coûteuses avec à la clef un raccourcissement des durées de développement de nouvelles molécules, pour créer par exemple de nouveaux médicaments.

Pourquoi ce gain de performance ? Parce que ces nouveaux ordinateurs s’appuient sur les propriétés quantiques de la matière au niveau microscopique, profondément non intuitives, et qui sont de mieux en mieux maîtrisées par les ingénieurs après des décennies où elles semblaient confinées dans les laboratoires de recherche fondamentale.

Les transistors sont au cœur des ordinateurs modernes et par conséquent de la révolution numérique. Leur fonctionnement s’explique par les lois de la mécanique quantique, un cadre théorique développé dans les années 20 par de célèbres physiciens comme Bohr et Schrödinger. Les transistors exploitent deux facettes de la description quantique: a) la dualité onde-particule et b) le principe d'incertitude régissant la nature probabiliste des équations quantiques.

Mais l’autre facette clé de la théorie quantique – l’intrication (c’est-à-dire la cohérence de la superposition d’États différents et parfois non locaux) - nous est restée obscure pendant très longtemps.

Le paradoxe Einstein - Podolsky - Rosen était perçu comme un paradoxe, non pas parce qu’il contredisait toute expérience, mais parce qu’il prédit des résultats qui semblent aller à l’encontre du sens commun. Les expériences effectuées au cours des 30 dernières années, notamment par le physicien Français Alain Aspect, ont spectaculairement confirmé la véracité de cet aspect de la théorie quantique. Plus précisément, il a été prouvé que là où il y avait des paradoxes, il y avait des opportunités. Ces technologies quantiques dites de "seconde génération" ont le potentiel d'influencer le XXIe siècle de la manière dont les technologies quantiques de "première génération" (lasers, transistors…) ont dominé la seconde moitié du XXe siècle avec des gains de performance qui se chiffrent en ordres de grandeur pour les applications envisagées, en calcul, imagerie, détection, cybersécurité …

En ce qui concerne le calcul, c’est une nouvelle informatique qui est en train de s’inventer, avec de nouveaux langages de programmation aux noms barbares comme Qiskit ou Q#, de nouveaux algorithmes ("Netflix quantique") et une nouvelle génération de programmeurs. Avec l'école , le fonds de VC Quantonation a organisé fin Janvier à Paris le premier "hackathon quantique". Plus de 80 enthousiastes se sont réunis tout un dimanche pour apprendre à coder et résoudre un problème de "Quantum Machine Learning". Il est trop tôt pour dire quand les ordinateurs quantiques seront adoptés à grande échelle mais une chose est claire : la révolution est en marche.

 

Le premier hackathon dédié aux ordinateurs quantiques a eu lieu fin Janvier à Paris dans les locaux de 42. Les ordinateurs quantiques eux-mêmes sont accessibles via le cloud et de nouveaux langages de programmation, de nouveaux algorithmes et de nouvelles applications doivent être inventées. Plus de 80 étudiants, professionnels et enthousiastes se sont affrontés. Source : Quantonation.

 

 

Pour aller plus loin, deux références accessibles :

·        Clefs, le magazine du CEA (http://www.cea.fr/multimedia/Pages/editions/clefs-cea/revolutions-quantiques.aspx) avec notamment plusieurs sections sur la genèse des concepts quantiques au cours du 20è siècle

Un remarquable  e-book d’Olivier Ezratty (https://www.oezratty.net/wordpress/2018/ebook-pour-comprendre-informatique-quantique/) qui est la compilation d’une série de billets publiés sur trois mois pour aider à comprendre l'informatique quantique

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