Depuis quelques années, les progrès relatifs aux ordinateurs quantiques sont tels que certaines personnes se demandent si dans un futur proche, ces derniers pourraient remplacer les ordinateurs classiques actuels. Pourquoi ceci est difficile à croire ?

Un fonctionnement différent malgré quelques similitudes

Dernièrement, la firme étasunienne IBM a estimé avoir trouvé un moyen de transformer les ordinateurs quantiques en véritables machines industrielles puissantes, fiables, et surtout, exploitables. Il faut dire que depuis quelques temps, les progrès en informatique quantique sont considérables, si bien que la possibilité d’un remplacement des ordinateurs personnels est parfois évoqué. Les ordinateurs classiques et les ordinateurs quantiques ont plusieurs points communs, à savoir l’utilisation de puces et de circuits, la manipulation de données, le traitement d’informations et la capacité de résoudre des problèmes complexes via des algorithmes, entre autres. Toutefois, le fonctionnement de ces derniers ne reposent pas sur les mêmes principes physiques.

En effet, les ordinateurs quantiques utilisent la mécanique quantique (superposition, intrication) pour manipuler des qubits (0, 1 ou les deux à la fois) tandis que les seconds utilisent la physique classique (électricité, transistors) afin de manipuler des bits binaires (0 ou 1). La superposition des états, un principe de base de la mécanique quantique, permet d’entreposer simultanément l’information et dans la mesure où les éléments du qubit ne sont pas des « grains de matière » (atomes, électrons) mais des ondes, il devient alors question d’une superposition d’ondes.

Il est également nécessaire d’évoquer le principe d’intrication quantique. Ce dernier permet de créer un lien entre deux qubits, même si ces derniers sont éloignés l’un de l’autre. Ainsi, la superposition d’ondes et le principe d’intrication quantique donnent la possibilité d’encoder beaucoup plus de données dans les qubits que dans les bits « normaux » relatifs aux ordinateurs classiques.

La recherche se poursuit

Il faut dire que les ordinateurs quantiques ont les moyens de résoudre des problèmes en quelques minutes, là où un ordinateur normal aurait besoin de milliers d’années, comme l’explique IBM dans une publication très complète sur le sujet. A titre d’exemple, la supériorité des ordinateurs quantiques concerne notamment la factorisation des grands nombres. En effet, les ordinateurs classiques éprouvent énormément de difficultés à décomposer un nombre entier composé très grand en un produit de ses facteurs premiers.

En 2019, Google a démontré la suprématie quantique avec la réalisation – par son ordinateurs de 53 qubits – d’un calcul complexe en seulement 200 secondes, alors qu’un ordinateur classique aurait eu besoin de 10 000 ans pour y parvenir. Cependant, des chercheurs australiens et IBM ont respectivement démontré que le problème en question n’avait aucune application dans la vie de tous les jours et que le fameux calcul pouvait être effectué de manière plus efficace par des superordinateurs.

En réalité, pour que les ordinateurs quantiques soient capables de réaliser des calculs dits « utiles », il faudrait doter ces derniers de milliers de qubits. Or, nous en sommes aujourd’hui assez loin, bien qu’en 2022, IBM ait déclaré prévoir la construction d’un ordinateur de 4 158 qubits pour 2026. Soulignons également au passage qu’augmenter les nombre de qubits est un défi pour les physiciens, notamment en raison de difficultés relatives à l’isolation des qubits eux-mêmes.

Crédit : Bartlomiej Wroblewski / iStock

Des machines pas encore « taillées » pour un usage quotidien

A la question « les ordinateurs quantiques pourront ils remplacer les ordinateurs classiques dans nos foyers ? », la réponse est évidemment non, en tout cas pour l’instant. Au-delà des obstacles concernant les qubits, les ordinateurs quantiques sont des machines très volumineuses et très sensibles aux variations de températures, aux vibrations, aux champs magnétiques et même aux ondes Wi-Fi. En ce qui concerne les températures, soulignons que ces machines doivent être conservées dans des conditions proches du zéro absolu (-273°C). Également, il n’existe pour l’heure aucun ordinateur quantique adapté à une utilisation quotidienne dans des conditions normales. C’est pourquoi les machines de ce type se cantonnent pour l’instant à des organisations de recherche scientifique.

Il semble que pour encore assez longtemps, ces ordinateurs seront réservés à des situations particulières, par exemple l’amélioration de la sécurité des algorithmes d’IA, la recherche de nouveaux médicaments, la compréhension du comportement des atomes dans certaines molécules, la mise au point de méthodes de cryptographie encore plus sécuritaires ou encore tout simplement, la poursuite de la compréhension des phénomènes quantiques (recherche fondamentale). Ainsi, les ordinateurs classiques restent encore aujourd’hui la meilleure solution pour la grande majorité des tâches simples. Ces derniers sont d’ailleurs plus prévisibles, font moins d’erreurs et sont plus robustes, surtout que les ordinateurs quantiques ne sont, à l’heure actuelle pas encore totalement au point.