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RÉSUMÉ
L'informatique quantique est un domaine en constante expansion. Elle se base sur les principes de la mécanique quantique pour effectuer des calculs. Contrairement aux ordinateurs classiques qui utilisent des bits représentant des 0 ou des 1, les ordinateurs quantiques utilisent des qubits. Les qubits peuvent représenter un 0 ou un 1 mais aussi une superposition des deux grâce à un phénomène quantique appelé superposition. Cette particularité permet aux ordinateurs quantiques de traiter beaucoup plus d'informations simultanément, et donc bien plus rapidement que les ordinateurs classiques. Ils pourront résoudre des problèmes actuellement insolubles par les ordinateurs classiques dans un temps raisonnable. Cet article vous permettra d’assimiler les concepts de base de l’informatique quantique ainsi que les algorithmes les plus connus. Vous apprendrez à programmer un ordinateur quantique, à simuler le fonctionnement de votre programme avant de l’exécuter sur un véritable ordinateur quantique.
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Frédéric LEMOINE : Docteur et Ingénieur en informatique
INTRODUCTION
L'informatique quantique est un domaine en constante expansion. Elle se fonde sur les principes de la mécanique quantique pour effectuer des calculs. Contrairement aux ordinateurs classiques, qui utilisent des bits représentant des 0 ou des 1, les ordinateurs quantiques utilisent des qubits. Un qubit peut représenter un 0 ou un 1, mais aussi une superposition des deux, grâce à un phénomène quantique appelé superposition.
Cette particularité permet aux ordinateurs quantiques de traiter simultanément beaucoup plus d’informations que les ordinateurs classiques. Ils pourront résoudre des problèmes actuellement insolubles par les ordinateurs classiques en un temps raisonnable. Ils permettront, par exemple, de développer de nouvelles méthodes de cryptage plus sûres, de simuler l’assemblage des molécules pour découvrir de nouveaux médicaments, de casser les systèmes de cryptage actuels, ou d’améliorer les algorithmes d’apprentissage machine de l’Intelligence artificielle.
L’ordinateur quantique repose sur trois concepts : le qubit, la superposition (le fait d’être dans un état combinaison de 0 et de 1) et l’intrication quantique. Deux qubits, ou plus, peuvent, en effet, être intriqués, c’est-à-dire qu’ils sont liés d’une manière telle que leurs états sont corrélés. Mesurer l’état d’un des qubits affecte instantanément l’état de l’autre, quelle que soit la distance qui les sépare.
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6. Conclusion
Cet article introduit les concepts de base de l’informatique quantique, ainsi que les algorithmes les plus connus. Il montre comment programmer un ordinateur quantique, et simuler le fonctionnement d’un programme, avant de l’exécuter sur un véritable ordinateur quantique. D’autres algorithmes existent, comme celui de Grover, qui permet de rechercher un élément qui répond à un critère donné parmi
éléments non classés. Plus complexe, il n’a pas pu être présenté dans cet article, qui n’est qu’une introduction au calcul quantique.
Grâce à leur capacité à effectuer des calculs en parallèle, les ordinateurs quantiques pourraient résoudre des problèmes complexes, que les ordinateurs classiques ne peuvent pas traiter efficacement actuellement (logistique, finance). L’informatique quantique offre aussi des perspectives pour développer de nouvelles méthodes de cryptographie plus sûres et plus résistantes aux attaques. Elle pourrait donner un nouvel élan à l’intelligence artificielle, en permettant le développement d’algorithmes plus performants, ou en accélérant l’apprentissage automatique. Elle pourrait permettre de simuler des systèmes complexes, tels que les molécules et les réactions chimiques, avec une précision inégalée. Cela pourrait accélérer la découverte de nouveaux médicaments, et de procédés chimiques plus efficaces. Elle pourrait aussi révolutionner la science des matériaux, en permettant de concevoir de nouveaux matériaux aux propriétés exceptionnelles (secteurs de la construction et de l’énergie).
Cependant, la construction et le maintien en état d’ordinateurs quantiques sont complexes et coûteux. Posséder un ordinateur quantique fonctionnel représenterait un avantage considérable pour une nation par rapport aux autres. Elle serait capable, par exemple, de casser les systèmes de cryptage actuels. C’est un enjeu de souveraineté nationale.
L’informatique quantique est une technologie prometteuse. Révolutionnaire dans de nombreux domaines, elle reste encore en phase de développement, mais les progrès sont rapides et les perspectives d’avenir sont considérables. De nombreuses entreprises et institutions de recherche investissent massivement dans cette technologie, plusieurs milliards d’euros chaque...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - * - https://quantum.ibm.com/composer
-
(2) - * - https://algassert.com/quirk
-
(3) - LE BELLAC (M.) - Introduction à l’information quantique. - Belin (2005).
-
(4) - JOHNSTON (E.R.), HARRIGAN (N.), GIMENO-SEGOVIA (M.) - Programming Quantum Computers : Essential Algorithms and Code Samples. - O’Reilly Media (2019).
-
(5) - WEAVER (J.L.), HARKINS (F.J.) - Qiskit Pocket Guide : Quantum Development with Qiskit. - O’Reilly Media (2022).
-
(6) - PRIEUR (B.) - Informatique quantique - De la physique quantique à la programmation quantique en Q#. - Éditions ENI (2019).
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...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
IBM quantum learning : site d’apprentissage des bases de l’informatique quantique et des services et systèmes IBM Quantum pour résoudre des problèmes du monde réel.
https://learning.quantum.ibm.com/
IBM quantum composer : simulateur quantique d’IBM.
https://quantum.ibm.com/composer
Q# : langage de programmation de Microsoft pour les ordinateurs quantiques.
https://learn.microsoft.com/fr-fr/azure/quantum/qsharp-overview
Sphère de Bloch : simulation et visualisation d’un qubit via une sphère de Bloch. https://www.utc.fr/~wschon/sr06/demonstrateur-algorithmes-quantiques-master/website/_site/qubitAnimation.html
Qiskit : langage de programmation quantique d’IBM.
https://www.ibm.com/quantum/qiskit
OpenQASM : OpenQASM (Open Quantum Assembly Language) est une interface de programmation indépendante de la machine et compatible avec les QPU IBM.
https://docs.quantum.ibm.com/guides/introduction-to-qasm
Quirk : simulateur de circuit quantique.
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Alice & Bob
D-wave :...
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