L’informatique quantique aujourd’hui et demain : explication, applications et problèmes

L'informatique quantique aujourd'hui et demain : explication, applications et problèmes


Une nouvelle génération de technologie informatique se profile à l’horizon, dont beaucoup pensent qu’elle augmentera éventuellement la puissance de calcul disponible pour l’humanité par des facteurs de milliers, voire de millions. Si cela se produit, cela pourrait considérablement augmenter la vitesse à laquelle nous pouvons effectuer de nombreuses tâches vitales, telles que la découverte et le test de nouveaux médicaments ou la compréhension de l’impact du changement climatique.

L’informatique quantique est déjà parmi nous sous une forme limitée. Mais les cinq à dix prochaines années pourraient le voir se généraliser de la même manière que les ordinateurs classiques sont passés des laboratoires et des grandes entreprises aux entreprises de toutes tailles, ainsi qu’aux foyers, dans les années 1970 et 1980.

Cependant, en plus des grands progrès dans ce que nous sommes capables de faire avec les ordinateurs, ils nous obligent également à faire face à un nouvel ensemble de problèmes, en particulier autour des menaces qu’ils font peser sur la sécurité et le chiffrement. Et certaines personnes pensent qu’en fait, les ordinateurs quantiques pourraient ne jamais être utiles du tout en raison de leur complexité et du nombre limité de tâches pour lesquelles ils se sont avérés supérieurs à la technologie informatique classique.

Alors, voici mon aperçu d’où nous en sommes actuellement et où nous espérons arriver avec l’informatique quantique, avec la contribution experte de mon dernier invité de podcast, Lawrence Gasman, co-fondateur et président d’Inside Quantum Technology et auteur de plus de 300 rapports de recherche.

Qu’est-ce que l’informatique quantique ?

Comme tout ce qui concerne le domaine quantique (subatomique), l’informatique quantique n’est pas le concept le plus facile à comprendre. Fondamentalement, le terme décrit une nouvelle (ou future) génération d’ordinateurs ultra-rapides qui traitent l’information comme des « qubits » (bits quantiques) plutôt que comme des bits réguliers – des uns et des zéros – de l’informatique classique.

Les ordinateurs classiques ne sont en réalité que des versions beaucoup plus sophistiquées des calculatrices de poche – ils sont basés sur des circuits électriques et des interrupteurs qui peuvent être allumés (un) ou éteints (zéro). En enchaînant beaucoup de ces uns et zéros ensemble, ils peuvent stocker et traiter n’importe quelle information. Cependant, leur vitesse est toujours limitée en raison du fait que de grandes quantités d’informations ont besoin de beaucoup de uns et de zéros pour les représenter.

Plutôt que de simples uns et zéros, les qubits de l’informatique quantique peuvent exister dans de nombreux états différents. En raison des propriétés étranges de la mécanique quantique, cela pourrait signifier qu’elles peuvent exister simultanément en tant que un et zéro (superposition quantique). Ils peuvent également exister dans n’importe quel état entre un et zéro.

Comme l’explique Gasman, « Cela signifie que vous pouvez traiter beaucoup plus d’informations sur un ordinateur quantique, et cela signifie que vous pouvez résoudre certains problèmes beaucoup plus rapidement. Et parfois, c’est vraiment important – parfois ce n’est pas « whoopee je peux faire ça en deux heures au lieu de deux jours », c’est « whoopee je peux faire ça en deux heures au lieu de neuf millions d’années ».

Neuf millions d’années ressemble au genre de nombre que les gens n’utilisent que lorsqu’ils exagèrent, mais selon certaines estimations, les ordinateurs quantiques fonctionneront 158 ​​millions de fois plus vite que les supercalculateurs les plus rapides disponibles aujourd’hui.

Il y a cependant une mise en garde importante – actuellement, les ordinateurs quantiques ne sont vraiment utiles que pour un ensemble d’utilisations assez restreint. Ne vous attendez pas à pouvoir simplement brancher un processeur quantique sur votre Macbook et faire tout ce que vous pouvez faire dessus maintenant, mais des millions de fois plus rapidement.

Alors, qu’est-ce que l’informatique quantique peut faire de mieux que l’informatique classique ?

La vérité est que les ordinateurs classiques peuvent résoudre tous les problèmes que les ordinateurs quantiques résoudront – il n’y a pas encore eu de cas d’utilisation découvert pour les ordinateurs quantiques qui ne puisse déjà être fait avec des ordinateurs classiques.

Le problème, me dit Gasman, c’est qu’il faudra tellement de temps aux ordinateurs classiques pour les résoudre que quiconque commence à chercher la réponse aujourd’hui sera mort depuis longtemps !

En particulier, ils sont potentiellement extrêmement utiles pour un ensemble de problèmes connus sous le nom de problèmes d’optimisation. L’idée est illustrée en imaginant un voyageur de commerce qui doit visiter un certain nombre de villes, dans n’importe quel ordre mais sans revenir sur ses pas, et le faire en parcourant la distance la plus courte (ou dans le temps le plus court) possible. Les mathématiques élémentaires peuvent nous montrer que dès qu’il y a plus que quelques villes, le nombre d’itinéraires possibles devient incroyablement élevé – des millions ou des milliards. Cela signifie que le calcul de la distance et du temps pris pour chacun d’eux afin de trouver le plus rapide peut nécessiter une énorme puissance de traitement si nous utilisons l’informatique binaire classique.

Cela a des implications dans des domaines aussi divers que le traçage et l’acheminement des transactions financières sur les réseaux financiers mondiaux, le développement de nouveaux matériaux en manipulant des propriétés physiques ou génétiques, ou même la compréhension de l’impact des changements climatiques sur le monde qui nous entoure.

Gasman me dit : “Ceux qui ont le plus de potentiel sont, je dirais, dans les très grandes banques… mais si vous êtes une grande entreprise et que vous donnez à Goldman Sachs un milliard de dollars pour s’occuper, voulez-vous vraiment un certain niveau de confiance devra être établi… mais toutes les grandes banques ont leurs propres équipes quantiques qui explorent maintenant ce qui peut être fait dans les cinq à dix prochaines années.

Quels sont les enjeux autour de l’informatique quantique ?

Premièrement, il y a des défis physiques pressants qui doivent être résolus. Les qubits eux-mêmes, lorsqu’ils existent dans un état physique tel qu’ils doivent le faire pour représenter les données et permettre le calcul, sont très instables. Cela signifie qu’ils doivent être maintenus dans un environnement sur-refroidi, même pour n’exister que quelques nanosecondes, afin d’être utiles. Cela signifie que l’informatique quantique est actuellement très chère, et seules les plus grandes entreprises et les organismes de recherche les mieux financés peuvent se permettre de les posséder.

Cela signifie que l’évaluation des cas d’utilisation est également un processus long et coûteux. Déjà une utilisation – la création d’examens IRM plus efficaces – s’est avérée être une impasse, me dit Gasman.

Il a également été suggéré que les rayons cosmiques pourraient constituer un obstacle à l’adoption généralisée de l’informatique quantique. De plus, les erreurs causées par les phénomènes – qui peuvent affecter même l’informatique classique – pourraient avoir encore plus d’impact sur l’ingénierie hypersensible nécessaire pour exploiter utilement les qubits à grande échelle.

Il existe également une pénurie critique de personnes possédant les compétences nécessaires pour développer et travailler avec des ordinateurs quantiques. Comme le dit Gasman, “ce que vous voulez, c’est quelqu’un qui est informaticien, physicien et expert en pharmacie ou en finance – les spécificités des disciplines sont si différentes qu’il est assez difficile de faire en sorte que les gens se parlent !”

Enfin, outre les défis liés à la mise en œuvre de l’informatique quantique, nous ne pouvons ignorer les défis que la technologie se créera potentiellement lorsqu’elle sera généralisée.

Celui qui cause le plus de maux de tête en ce moment est la menace qu’il représente pour le cryptage. La cryptographie numérique est utilisée aujourd’hui pour sécuriser tout ce qui est en ligne, ainsi que toutes nos communications et informations, telles que les secrets militaires, commerciaux et nationaux. Il fonctionne sur la base que les méthodes de cryptage sont si complexes qu’il faudrait des millions ou des milliards d’années aux ordinateurs classiques pour les déchiffrer en forçant brutalement chaque mot de passe ou clé possible. Cependant, pour les ordinateurs quantiques, cela pourrait être trivial.

“C’est un énorme problème”, me dit Gasman. “Si j’ai quelque chose de crypté sur ma machine et qu’il est cassé par quelqu’un dans neuf millions d’années, je ne m’en soucierai probablement pas tant que ça !”

« Mais ensuite, il s’avère que… avec un ordinateur quantique, il peut être décodé comme, maintenant… c’est un vrai problème !

“Nous n’avons pas un tel ordinateur quantique, et l’estimation du moment où il pourrait apparaître est de cinq ans à jamais… Je pense que cela arrivera le plus tôt possible.”

Le problème est actuellement pris très au sérieux par les gouvernements ainsi que par les entreprises, qui investissent toutes deux des ressources dans le développement de ce que l’on appelle le “cryptage post-quantique” afin que, espérons-le, tous leurs secrets les plus profonds ne soient pas soudainement dévoilés.

Que nous réserve l’avenir de l’informatique quantique ?

Les premiers développements que nous devrions voir refléteront probablement ceux qui se sont produits lorsque les ordinateurs classiques ont cessé d’être des jouets de laboratoire ou quelque chose que seules les plus grandes entreprises pouvaient se permettre dans la seconde moitié du 20e siècle.

Cela suivra probablement le format de la transition des ordinateurs centraux (remplissant des bâtiments entiers) aux mini-ordinateurs (remplissant les salles) et éventuellement aux micro-ordinateurs qui pourraient vivre sur nos bureaux.

Cette démocratisation de l’accès à l’énergie quantique conduira à de nouveaux cas d’utilisation car les entreprises pourront la mettre à l’épreuve face à leurs propres défis spécifiques.

Gasman déclare : “Un ordinateur à cinquante mille dollars est quelque chose que la plupart des entreprises de taille moyenne peuvent se permettre – un ordinateur à huit cent mille dollars – pas tellement.”

Les problèmes où les ordinateurs quantiques seront potentiellement utilisés incluent la surveillance et la prévision des flux de trafic dans des environnements urbains complexes ou même le traitement des énormes quantités de données nécessaires à l’intelligence artificielle et à l’apprentissage automatique. Si un jour les humains sont capables de modéliser un système aussi complexe qu’un cerveau biologique – ouvrant la voie à une véritable IA – ce ne sera certainement pas en utilisant l’informatique classique.

Gasman déclare : “Ce qui me passionne, ce sont les percées qui sont susceptibles de se produire. Pour mélanger les métaphores, le monde est l’huître de l’informatique quantique. Il y a de nombreuses bonnes raisons d’être dans l’informatique classique, mais si vous recherchez l’énorme percées – cela n’arrivera pas. C’est l’excitation de l’informatique quantique.

Tu peux Cliquez ici pour regarder mon webinaire avec Lawrence Gasman, président et co-fondateur d’IQT Research, où nous approfondissons l’avenir de l’informatique quantique et ce que cela signifie pour le monde.

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