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L'informatique quantique : entre fantasmes et réalité

Publié en mars 2020

Grâce à sa phénoménale puissance de calcul, l'informatique quantique pourrait percer les secrets de maintes équations et les mystères du vivant. Mais de nombreuses années de recherche seront encore nécessaires avant de relever différents défis techniques. Une chose est sûre : le quantique est un enjeu de souveraineté. Résultat, tous les géants des nouvelles technologies et des laboratoires de recherche mettent les bouchées doubles pour développer de puissants calculateurs quantiques. En 2015 déjà, la Nasa et Google dévoilaient l’ordinateur quantique D-Wave 2X dont les vitesses de calcul devaient être 100 millions de fois plus rapides que les ordinateurs classiques. Pas plus loin qu’en juin dernier, Merck annonçait une collaboration de trois ans avec la start-up HQS Quantum Simulations, basée en Allemagne, pour le développement d’algorithmes quantiques de simulation chimique. 

Et si jusqu’à présent les promesses de l’informatique quantique ont été nombreuses, rares sont les applications ayant démontré un réel avantage aux professionnels et au grand public. Une situation qui est en train d’évoluer lentement mais sûrement. Ainsi, l’informatique quantique pourrait prochainement contribuer à amplifier l’efficacité des procédés chimiques, à prédire avec plus de précision les régulations génétiques, ou à découvrir de nouveaux matériaux. Par exemple, « l’élaboration d’un nouveau catalyseur pour la fabrication d’engrais pourrait potentiellement permettre de réduire de 5% la consommation énergétique mondiale », peut-on lire dans le rapport « Quantique : le virage technologique que la France ne ratera pas » rendu au gouvernement en janvier 2020. 

Cependant, il reste encore d’importants défis à relever : problèmes de décohérence et de complexité, corrections des erreurs... La “décohérence quantique” désigne la particularité des qubits à perdre leurs propriétés quantiques à cause de leur extrême sensibilité à leur environnement, et elle a un impact non négligeable sur les résultats obtenus par un système quantique (des erreurs dues, entre autres, au bruit environnant). Car il est vrai que les ordinateurs quantiques peuvent être plus performants que leurs équivalents « classiques », mais, afin de parvenir à des applications concrètes, il faudra disposer d’une architecture capable de réduire les diverses erreurs. Ce pari pourrait être gagné par des calculateurs quantiques LSQ (Large Scale Quantum). Grâce à un nombre élevé de qubits, soit des milliers de qubits logiques, et un faible niveau de bruit, ces machines devraient être capables de dépasser de plusieurs ordres de grandeur nos capacités de calcul actuelles. Sachant qu’un ordinateur quantique peut doubler sa puissance de calcul à chaque qubit ajouté ! 

Les calculateurs LSQ ne seraient pas attendus avant 2030. Avant leur arrivée, un autre type de calculateurs, les systèmes NISQ - pour Noisy Intermediate-Scale Quantum - pourront déboucher à plus court terme sur des usages disruptifs dans la chimie, la logistique et l’intelligence artificielle. Capables de stabiliser 50 à 100 qubits, les calculateurs NISQ  pourraient permettre de découvrir de nouveaux matériaux pour l’électronique ou encore aider à mieux comprendre le comportement d’une molécule dans son environnement naturel. Quelques années seront encore nécessaires avant que les NISQ soient réellement au point. Mais le potentiel s’annonce considérable. 

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