Connaissez-vous l’informatique quantique ? Depuis plus d’une vingtaine d’années, les recherches se multiplient pour parvenir à la création d’un ordinateur fonctionnant avec des bits quantiques et non plus classiques. L’objectif ? Réaliser des calculs jusqu’alors impossibles, un enjeu de taille avec l’explosion du Big Data ! Les plus grands, dont Google, Microsoft, IBM ou encore Amazon, s’intéressent de plus en plus à l’informatique quantique. L’IPI vous propose de découvrir plus en détail ses caractéristiques, ses enjeux ainsi que ses perspectives.
Avant toute chose, vous devez comprendre que l’informatique quantique est différente de tout ce que vous pensez connaître, à commencer par la logique binaire. Cette technologie, à ce jour encore futuriste, repose sur le principe que les particules subatomiques existent simultanément dans plus d’un état.
En l’occurrence, un bit dans l’informatique classique n’existe que sous l’état 1 ou 0. Pour leur part, les bits quantiques (des qubits ou quantum bits) ont également deux états, mais ils peuvent stocker plus d’informations, car ils ont la capacité d’exister dans toute superposition de ces valeurs.
L’informatique quantique permettrait ainsi de simplifier et d’accélérer de manière notable l’analyse de données, tout en consommant moins d’énergie qu’un ordinateur traditionnel. Cette technologie a un immense potentiel qui permettrait de générer une explosion de la puissance de calcul. Le chef de la section quantique chez IBM, Bob Sutor, explique à ce sujet que « l’informatique quantique est notre façon d’émuler la nature pour résoudre des problèmes extraordinairement difficiles, et les rendre abordables ».
Un ordinateur quantique serait à même d’atteindre une puissance de calcul gigantesque, bien loin des performances des ordinateurs que nous connaissons aujourd’hui.
Pour cela, ces ordinateurs hébergent un processeur quantique où les particules quantiques peuvent être isolées par des ingénieurs pour être manipulées. La nature de ces particules quantiques et les méthodes utilisées pour les contrôler varient. Cela peut notamment passer par le refroidissement du processeur à des températures de congélation ou encore de faire appel à des lasers pour utiliser les particules quantiques.
L’enjeu principal de l’informatique quantique est un gain de temps. On ne parle pas ici d’heures ou même de jours, mais de parvenir à réaliser des calculs en seulement quelques minutes là où des superordinateurs mettraient… des milliers d’années !
Selon une étude récente du Boston Consulting Group (BCG), les progrès réalisés grâce à l’informatique quantique pourraient créer une valeur de 850 milliards de dollars dans les 15 à 30 prochaines années. Entre 5 à 10 milliards de dollars seraient générés au cours des cinq prochaines années si la technologie est livrée comme l’annoncent les fournisseurs.
L’informatique quantique, en parvenant à résoudre des problèmes complexes, voire impossibles à résoudre pour un ordinateur « lambda », offre un monde de possibilités. Certains domaines sont particulièrement concernés.
L’IA se heurte aujourd’hui à un frein majeur, à savoir la limitation des capacités de calcul des ordinateurs classiques pour traiter des algorithmes lourds. L’informatique quantique, en démultipliant le potentiel de calcul, pourrait être la solution à cette problématique et permettre à l’IA d’entrer dans une nouvelle ère en matière de vitesse d’exécution et de sécurité.
Les algorithmes de cryptage sont omniprésents. Les ordinateurs classiques sont aujourd’hui longs à résoudre les problèmes mathématiques des chiffrements basés sur des clés correctement dimensionnées. L’informatique quantique, pour sa part, pourra casser tout système, une réelle menace en matière de cybersécurité. C’est pourquoi une nouvelle génération de cryptage quantique sera nécessaire afin de protéger les données des potentielles attaques générées par des ordinateurs quantiques.
L’informatique quantique permettrait d’intéressantes perspectives pour la finance, notamment en matière de sécurisation des échanges, de détection de fraudes, d’évaluation des risques ou encore de compréhension des phénomènes économiques… Un enjeu de taille quand on sait que les institutions financières perdraient chaque année entre 10 et 40 milliards de dollars de revenus du fait de mauvaises pratiques de gestion des données et de fraudes.
L’informatique quantique devrait permettre une modélisation précise des interactions moléculaires. La capacité de ces nouveaux ordinateurs offrira la possibilité de cartographier les molécules, y compris les plus complexes, une véritable révolution pour certains domaines comme l’élimination du dioxyde de carbone, la production d’engrais, le développement de médicaments…
L’informatique quantique permettra en outre de maîtriser les interactions entre les médicaments, mais aussi de mieux comprendre les maladies. Il sera ainsi plus rapide de développer de nouveaux traitements.
Les entreprises sont aujourd’hui confrontées à une multitude de variables, parfois complexes à anticiper. L’informatique quantique va les aider à optimiser leurs performances et à réduire leurs pertes grâce à une meilleure analyse des données.
Les constructeurs automobiles pourront également bénéficier des avantages de l’informatique quantique, comme pour concevoir des batteries plus performantes, pour mieux gérer la mobilité ou le trafic ou pour optimiser la chaîne d’approvisionnement. On peut à ce titre évoquer Volkswagen qui a déjà intégré un algorithme quantique pour optimiser en temps réel les itinéraires de bus afin d’éviter les goulots d’étranglement.
Les variables des prévisions météorologiques sont énormes. La simulation classique est ainsi longue et fastidieuse, et même difficile au-delà de quelques jours. La technologie quantique parviendra à pallier ces freins, un point positif pour des secteurs comme l’élevage, l’agriculture, la production d’énergie ou encore le transport qui sont soumis à la météorologie.
La construction d’un ordinateur est particulièrement complexe. C’est d’ailleurs pourquoi la plupart des systèmes quantiques sont aujourd’hui dans des environnements de laboratoires. Pourtant, la technologie évolue et certaines entreprises quantiques proposent désormais des services commerciaux dans le Cloud, permettant de rendre cette technologie accessible à plus de clients. C’est notamment le cas de Google et d’IBM qui ont mis leurs processeurs quantiques sur le Cloud.
Le développement de l’informatique quantique est ainsi en plein essor. D’ailleurs, selon l’étude du BCG, les investissements ont quasiment été triplés en 2020 et ils étaient estimés à 800 millions de dollars en 2021. De même, selon le cabinet d’analyse Gartner, si seulement 1 % des entreprises avaient un budget pour le quantique en 2018, 20 % devraient le faire d’ici 2023.
Cette technologie est devenue en quelques années un enjeu mondial. Les États-Unis ont annoncé le déblocage de 1,2 milliard de dollars pour la science de l’information quantique lors des cinq prochaines années. Le Royaume-Uni a pour sa part atteint la barre du milliard de livres pour les technologies quantiques.
Du côté de la France, le président Emmanuel Macron a annoncé en janvier 2021 « un plan quantique » d’investissement de 1,8 milliard d’euros sur cinq ans afin de hisser la France au rang d’acteur majeur mondial. L’objectif ? Parvenir, entre autres, à concevoir un ordinateur quantique hybride d’ici 2023.
Toutefois, il est important de rappeler que les barrières technologiques sont encore nombreuses. Les chercheurs doivent tout d’abord maîtriser les qubits. En outre, il faudrait concevoir une machine d’un million de qubits alors que les prototypes les plus aboutis à ce jour n’en comptent que quelques dizaines.
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