C’est quoi un ordinateur quantique ?

« Octobre 2019, Google annonce que pour la première fois, un ordinateur quantique a pu résoudre un problème qu’aucun super-ordinateur n’aurait pu résoudre. »

Ok, c’est très bien tout ça, mais c’est quoi un ordinateur quantique ?

Vous rêvez de connaître la réponse pour pouvoir frimer lors de votre prochain dîner mondain ? Très bien, cet article est fait pour vous !

Comment ça marche un ordinateur quantique ?

Avant toutes choses, il serait bon de rappeler comment fonctionne le processeur d’un ordinateur classique. Le processeur stocke et manipule des données sous forme de bits. Un bit est une unité qui peut valoir soit 0, soit 1. Ces derniers peuvent être lus et écrits de façon électronique sous forme de courant. Prenons un exemple concret : nous avons 3 bits dans un processeur pour stocker une information. Au total, le processeur a 8 états possibles (2³).

3 bits : 8 états possibles

Avant d’aller plus loin, il faut signaler que toutes mécaniques quantiques reposent sur la superposition des états. Un des pionniers dans ce domaine est Schrödinger. On connait tous l’histoire du chat dans la boîte. Tant qu’on ouvre pas la boîte, le chat est mort et vivant à la fois… Et bien en informatique quantique, c’est pareil, sauf qu’on ne parle plus de bits mais bien de qubits. Ceux-ci peuvent avoir plusieurs états qui leurs sont propres. Dans le cas de 3 qubits, on aurait donc 8 états superposés.

La superposition des états appliquées à un labyrinthe

Afin de vous aider à assimiler tout ça, j’aimerais reprendre un exemple que j’ai entendu lors de la conférence de David Rousset* à Paris Web l’année passée. Prenons un labyrinthe. Afin de trouver la sortie, un ordinateur classique utiliserait un algorithme qui déterminerait un par un tous les chemins possibles jusqu’à trouver une issue. L’ordinateur quantique quant à lui calculerait tout en même temps et déterminerait directement où se trouve la sortie.

* Software Developer & Evangelist @Microsoft in the Windows Division Group

L’algorithme de Shor et les protocoles de sécurité

Toute cette théorie pouvant paraître un peu abstraite, je vous propose d’analyser un cas pratique afin de mieux comprendre tout ça. Parmi les algorithmes quantiques les plus prometteurs, on retrouve l’algorithme de Shor. Celui-ci permet de décomposer un nombre entier en facteurs premiers. Il est possible d’utiliser cet algorithme avec un ordinateur classique mais cela peut rapidement devenir un problème avec des nombres excessivement grands.

L’algoritme de Shor

C’est pour cette raison que beaucoup de protocoles de sécurité se basent sur ce principe. Le problème, c’est qu’un ordinateur quantique utilisant l’algorithme de Shor pourrait déjouer ces protocoles très rapidement. Heureusement pour  bon nombre de transactions et de communications, c’est encore loin d’être une réalité. Tout ça n’est encore que théorique puisque cette technologie n’en est qu’à ses balbutiements… Sauf que Google a mis les pieds dans le plat !

La suprématie quantique de Google

C’est en 2012 que le physicien John Preskill a introduit la notion de suprématie quantique. Celle-ci désigne le jour où un ordinateur quantique arriverait à résoudre un problème qu’un ordinateur classique ne pourrait pas résoudre. Et c’est apparemment ce que Google vient de parvenir à faire en créant un processeur de 53 qubits. Ce dernier peut donc représenter une superposition de 2 puissance 53 états (soit 10 000 000 milliards).

Sycamore, le processeur quantique de Google

Avec ce super processeur, ils ont réussi à résoudre un problème qu’on appelle « échantillonnage d’un circuit quantique« . Un circuit quantique est une série d’opérations qui va s’appliquer sur un ensemble de qubits afin de modifier leur état. Pour connaître cet état, il faut le mesurer grâce à une opération bien particulière sur le processeur appelée « échantillonnage quantique ». On pourrait réaliser cette manipulation avec un ordinateur classique mais le temps que ça prendrait dépasserait l’entendement. Bref c’est impossible à l’échelle humaine.

Voilà, j’espère que cet article vous aura plu. Vulgariser un sujet comme l’informatique quantique était somme toute assez périlleux. Mais c’est avec humilité que je me suis prêté au jeu, en espérant ne pas avoir été trop approximatif. N’hésitez pas à nous dire si vous voulez d’autres articles du genre et à bientôt sur Sitegeek !

Johnny.