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L’ordinateur Quantique

L'Ordinateur Quantique

Loi de Moore et principe de superposition : là on me voit, là on me voit un peu, là on me voit plus

La loi de Moore est un modèle mathématique qui décrit l’évolution au cours du temps du nombre de transistors que peut contenir un circuit imprimé. En 1965, Gordon Moore, fondateur de la société Intel, publie un article détaillant ses travaux, et rend célèbre cette loi de croissance exponentielle qui promet que ce nombre doublera tous les deux ans.

L’ordinateur de 2018 n’échappe pas à cette loi, et il renferme aujourd’hui plusieurs milliards de ces transistors, tout en étant de plus en plus compact, si bien que ces composants élémentaires atteignent l’ordre de grandeur du nanomètre. À cette échelle, les lois de la physique diffèrent de notre réalité macroscopique. Tandis qu’un transistor de taille millimétrique offre un signal binaire correspondant à un passage de courant électrique (1) ou à une absence de courant (0), la valeur renvoyée par le transistor de 20 nm correspond à une probabilité d’être 0 ou 1 simultanément par un phénomène appelé la superposition quantique.

Le Qubit, ou Bit probabiliste

Les recherches pour accroître la compacité des machines de calcul mènent alors au qubit, un composant élémentaire qui tire profit du phénomène de superposition pour effectuer un grand nombre d’opérations simultanément. Ces qubits sont raccordés dans un calculateur quantique, qui effectue des combinaisons donnant des opérateurs nouveaux, aux propriétés mathématiques encore méconnues.

Ces ordinateurs tout droit sortis d’un film de science-fiction n’ont pas vocation à résoudre de petits problèmes élémentaires, car au vu de leurs performances actuelles sur ce genre de tâches, nos ordinateurs binaires ont encore une longueur d’avance. Cependant, c’est face à des macro-problèmes faisant intervenir de très grands nombres de variables que le calculateur quantique marque la différence, et des applications telles que la cryptographie, la simulation de la physique quantique, la prévision financière, météorologique, ou même le machine learning ont été développées.

D-Wave, 1er acteur du “marché” de l’ordinateur quantique

La société canadienne D-Wave défraie la chronique en tant que premier constructeur à commercialiser ces calculateurs du futur, dont les processeurs concentrent jusqu’à 2048 qubits aujourd’hui. Malgré un accueil mitigé au sein de la communauté des physiciens et des mathématiciens dont les travaux croisent ceux de l’informatique quantique, ces machines ont suscité l’intérêt de Google, la NASA, et de nombreux chercheurs indépendants.

La cryptographie Post-Quantique

L’algorithme de Shor, qui permet de décomposer des nombres entiers en produits de facteurs premiers, est un des fondements de l’algorithmique quantique. Il fait aujourd’hui l’objet de nombreuses attention car il pourrait théoriquement décrypter le chiffrement RSA, le protocole de référence dans le domaine du commerce électronique depuis 1983, a priori “incassable” pour un ordinateur classique.

L’algorithmique quantique est aujourd’hui dans l’enfance de l’art, Shor étant la pierre fondatrice. La diversité encore insuffisante des algorithmes connus et l’encombrement de ces machines, ainsi que les conditions de températures extrêmement basses requises pour assurer leur fonctionnement, sont des obstacles à la prolifération des ordinateurs quantiques. Cependant, une initiative internationale nommée PQCrypto (Post Quantum Cryptography) rassemble annuellement des chercheurs en mathématiques pour partager les résultats de leurs travaux. Devant les progrès de l’informatique quantique, ces chercheurs ont élaboré des algorithmes de cryptage à l’épreuve des calculateurs quantiques et travaillent à la pérennité de la sécurité informatique dans un monde de qubits et de probabilités.

Paul DIJOUX-GOALEC