Le 5 avril dernier, IBM organisait, dans ses locaux de Menlo Park, en Californie, un événement rassemblant chercheurs, investisseurs et entrepreneurs pour évoquer les usages potentiels de l’ordinateur quantique. Quatre vingt dix ans après la présentation du principe d’incertitude par Heisenberg, pilier de la mécanique quantique, cette dernière s’invite dans l’informatique, où elle pourrait opérer une véritable révolution. D’IBM à Google, en passant par Microsoft et Intel, les géants de l’informatique mondiale effectuent tous des recherches autour de l’ordinateur quantique. Mais elles ne sont pas les seules à s’y intéresser. La banque JP Morgan a ainsi réuni un petit groupe d’ingénieurs et de mathématiciens pour évaluer le potentiel de cette technologie dans des domaines comme le trading et la prédiction des risques financiers. Autre signe qui ne trompe pas : les investissements s’accélèrent. Ainsi, les jeunes pousses qui conçoivent puces, ordinateurs et logiciels autour de l’informatique quantique ont levé 248 millions l’an passé, contre seulement 46 en 2016, d’après CB Insights, entreprise américaine spécialisée dans la prospective technologique.

L’informatique quantique reprend les principes de la mécanique quantique pour construire des ordinateurs d’un type nouveau.
Ambainis

Andris Ambainis

Selon Andris Ambainis, chercheur en mécanique et informatique quantiques à l’université de Lettonie, cette discipline réinvente l’informatique à l’aide de la physique.  « La mécanique quantique décrit les lois de la nature telles qu’elles s’appliquent à une toute petite échelle (par exemple, au niveau des atomes ou des particules). Au cœur de la mécanique quantique se trouve un petit nombre de principes mathématiques simples. Ces principes sont communs à de nombreuses particules différentes (des atomes aux particules de lumière) et, dans le même temps, différents des principes de la physique conventionnelle (que nous constatons au quotidien). L’informatique quantique reprend les principes de la mécanique quantique pour construire des ordinateurs d’un type nouveau. »

Or, ces principes permettraient de construire des machines dotées d’une puissance de calcul sans commune mesure avec celle de nos appareils actuels. « Un ordinateur quantique traite l’information en la codant dans un état quantique. Or, un état quantique peut contenir une immense quantité d’informations. Par exemple, la description complète d’un système quantique contenant 100 particules requiert 2100 variables. Pour cette raison, les ordinateurs quantiques peuvent effectuer des calculs irréalisables même par les ordinateurs classiques les plus puissants. » explique Andris Ambainis. Cette particularité s’explique par la superposition, un état propre à la mécanique quantique qui permet aux particules d’exister dans plusieurs états différents au même moment. Les ordinateurs peuvent ainsi étudier plusieurs variables à la fois. David Deutsch, physicien d’Oxford et pionnier de l’informatique quantique, affirme ainsi qu’un ordinateur quantique peut-être pensé comme une multitude d’ordinateurs classiques travaillant de concert dans des univers parallèles.

une puissance de calcul imbattable

quantum computing

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Vers la suprématie quantique

Selon Catherine McGeoch, informaticienne chez D-Wave, entreprise spécialisée dans la construction d’ordinateurs quantiques, ces derniers pourraient ainsi s’avérer plusieurs milliers de fois plus rapides que nos machines actuelles. « Certains problèmes qui prendraient des milliards d’années pour être traités par un ordinateur classique pourraient être résolus en quelques minutes avec un ordinateur quantique. » affirme-t-elle. À l’heure où la loi de Moore commence à s’essouffler, beaucoup voient ainsi dans l’ordinateur quantique un excellent moyen de continuer à maintenir le rythme des progrès de l’informatique. Lors du dernier forum de Davos, le CEO de Microsoft, Satya Nadella, a ainsi cité l’épuisement de la loi de Moore comme la motivation principale derrière l’investissement de son entreprise dans l’ordinateur quantique.

Prospective

Au Dublin Tech Summit, l'ordinateur quantique préparait sa...

  • 25 Avr
    2018
  • 10 min

S’il connaît aujourd’hui une popularité grandissante, l’informatique quantique ne date pas d’hier. Née au début des années 1980, notamment sur les suggestions du prix Nobel de physique Richard Feynman, l’idée n’intéresse au départ qu’un cercle de scientifiques très restreint. Les défis techniques posés par la construction d’un ordinateur quantique sont alors trop importants, peu de progrès sont accomplis et la technologie peine à générer de l’intérêt en dehors de son cercle d’initiés. En 1994, la découverte des possibilités de l’ordinateur quantique dans le décryptage de l’information éveille une première vague d’intérêt, qui retombe toutefois rapidement face aux difficultés techniques qui demeurent trop élevées pour la technologie de l’époque.

Aujourd’hui, l’informatique quantique connaît une seconde vague de popularité, bien supérieure à la première, due cette fois-ci aux progrès effectués dans la construction des machines. Selon Andris Ambainis, Google, IBM et Intel ont tous construit des appareils capables de réaliser des opérations trop complexes pour des ordinateurs classiques, une étape cruciale baptisée « suprématie quantique ». « Les récents progrès de la physique et des sciences des matériaux ont rendu l’informatique quantique bien plus proche de la réalité. Ceci, associé à l’intérêt exprimé et aux investissements effectués par de nombreux états, a contribué à accroître considérablement la popularité de l’informatique quantique. Ajoutons, enfin, les investissements et la publicité effectués par Google, Microsoft, Intel, IBM et consorts. » décrypte William Hurley, entrepreneur américain.

la révolution cloud

cloud

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L'accès à l'informatique quantique via le cloud

Malgré d’incontestables avancées, nous sommes loin d’en être au stade où un ordinateur quantique serait aussi facile à construire qu’un ordinateur traditionnel. De nombreux défis techniques restent à résoudre : un ordinateur quantique doit notamment être maintenu à une température extrêmement froide, proche du zéro absolu, pour conserver sa stabilité. En outre, les « bugs » informatiques surviennent plus facilement et sont plus difficiles à traiter que sur un ordinateur normal. Cependant, il n’est pas nécessaire qu’une entreprise possède son propre appareil pour commencer à bénéficier de l’informatique quantique. Ainsi, le cloud permet d’ores et déjà de goûter aux prémices de cette technologie.

Des millions de data à stocker

datacenter

IBM propose à des individus du monde entier d’employer les ressources de son ordinateur quantique IBM Q Experience, installé à New York et accessible en ligne, contre un abonnement. Pour l’heure, 60 000 personnes (chercheurs, étudiants et professionnels) se sont inscrites, réalisant un demi-million d’expériences autour de l’informatique quantique. IBM Q est également utilisé dans les salles de classe, pour mener des expériences en mécanique quantique. IBM a, en outre, récemment donné accès à ses clients privilégiés à un second ordinateur, plus puissant. Google a également offert l’accès à son ordinateur quantique via son service cloud à l’été 2017. La jeune pousse californienne Rigetti Computing s’est elle aussi lancée dans la course. Le compositeur britannique Alexis Kirke a quant à lui utilisé un ordinateur quantique de D-Wave, installé à L’Université de Californie du Sud, près de Los Angeles, pour composer de la « musique quantique », des mélodies expérimentales inspirées par les principes de la mécanique quantique.

En plus de stimuler la créativité des artistes, l’ordinateur quantique pourrait bien avoir de nombreuses retombées concrètes dans l’économie. Selon William Hurley, sa formidable puissance de calcul en ferait un atout précieux à l’ère de l’internet des objets et du traitement des bases de données. « Les ordinateurs quantiques vont nous permettre de donner du sens au déluge de données que nous générons, et de résoudre ainsi des problèmes très intéressants. » affirme-t-il. « Les ordinateurs quantiques pourraient ainsi naviguer parmi de gigantesques bases de données pour en extraire de l’information de valeur, ou encore tester un grand nombre de possibilités pour choisir la meilleure. Nombre de problèmes sur lesquels je travaille impliquent d’étudier un grand nombre de possibilités différentes, et les ordinateurs quantiques s’avèrent souvent meilleurs pour ce type de tâches. » affirme Andris Ambainis.

le futur est quantique

quantum

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L'ordinateur quantique au service de la mobilité

le partenariat Volkswagen et google

volswagen

Ce qui ouvre de nombreuses perspectives dans le domaine de la recherche scientifique. Selon William Hurley, l’informatique quantique pourrait notamment permettre de découvrir de nouveaux médicaments, d’établir des modèles climatiques plus précis, ou encore d’effectuer des recherches sur les molécules. Autant de cas où il est nécessaire de prendre en compte un grand nombre de variables et de tester plusieurs hypothèses différentes. « Les ordinateurs quantiques excelleront dans la construction de modèles en physique et en chimie. » affirme Andris Ambainis, qui cite notamment des recherches visant à produire des engrais avec un moindre coût énergétique. « Plus généralement, ils seront capables de modéliser de nouveaux matériaux plus efficacement que les ordinateurs traditionnels. Cela ouvrira la possibilité de tester des milliers de design différents, par exemple pour une nouvelle batterie, et de choisir le meilleur. Cette tâche est actuellement effectuée par des superordinateurs traditionnels, mais leurs homologues quantiques donneront des résultats plus précis. » prévoit-il.

La capacité des ordinateurs quantiques à naviguer parmi de larges bases de données non structurées en ferait également d’excellents outils au service de la smart city, en particulier pour ce qui touche à la mobilité. Ils pourraient ainsi choisir des horaires optimaux pour une ligne de bus, de train ou même d’avion. Ils permettraient également d’optimiser le trajet des véhicules de livraison ou des services de mobilité à la demande comme Lyft et Uber. L’an passé, Volkswagen a ainsi utilisé l’ordinateur quantique de D-Wave pour analyser les mouvements des taxis à Pékin. L’entreprise a ensuite conçu un algorithme pour optimiser leurs déplacements. Lors de la dernière édition du Web Summit, à Lisbonne, Volkswagen a également annoncé la mise en place d’un partenariat avec Google pour mener des recherches sur la mobilité grâce à l’ordinateur quantique. Le partenariat vise notamment à optimiser les flux de circulation, à construire des batteries plus performantes pour les véhicules électriques, et à améliorer les logiciels de conduite autonome. En mars dernier, c’est avec Daimler que Google s’est également associé, notamment autour de l’usage de l’intelligence artificielle dans la conduite.

nourrir l'ia

quantum brain

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Donner un coup de pouce à l'intelligence artificielle

Car de nombreux espoirs reposent également sur les progrès que l’ordinateur quantique pourrait apporter dans la recherche autour de l’intelligence artificielle, où sa puissance de calcul et sa capacité à traiter des jeux de données complexes pourraient faire des merveilles. En 2015, des chercheurs de l’Université de sciences et technologie de Chine, à Hefei, ont ainsi publié une étude montrant que l’usage de l’informatique quantique pourrait considérablement accélérer la recherche en apprentissage machine, discipline de l’intelligence artificielle qui permet aux ordinateurs d’apprendre par eux-mêmes à l’aide d’un grand nombre de données. 

En février dernier, des chercheurs du Centre des Technologies Quantiques, de l’Université Nationale de Singapour, ont mis au point un algorithme spécialement conçu pour analyser de grandes quantités de données à l’aide d’un ordinateur quantique. « L’apprentissage machine quantique est un domaine de recherche récent, qui vise à employer la puissance du traitement d’information quantique pour rendre les opérations d’apprentissage machine traditionnelles plus rapides. » lit-on dans l’étude publiée par les chercheurs. Depuis l’an passé, Google et D-Wave collaborent avec la NASA pour employer les ressources de l’informatique quantique au service de l’intelligence artificielle, notamment autour des robots envoyés dans l’espace par l’agence spatiale américaine, pour des missions d’exploration.

 À plus long terme, la technologie pourrait même réinventer la toile : certains chercheurs prédisent ainsi l’avènement d’un internet quantique, où la sécurité des informations serait bien plus élevée, grâce aux possibilités de l’informatique quantique dans le cryptage de données.

Rédigé par Guillaume Renouard