Les ordinateurs quantiques ont été excités comme des machines qui peuvent résoudre presque tous les problèmes. Pourtant, il devient plus clair que leur utilité à court terme sera plus étroite
Au cours de la dernière décennie, l'informatique quantique est devenue une industrie d'un milliard de dollars. Tout le monde semble y investir, des géants de la technologie, comme IBM et Google, à l'armée américaine.
Mais Ignacio Cirac au Max Planck Institute of Quantum Optics en Allemagne, un pionnier de la technologie, a une évaluation plus sobre. «Un ordinateur quantique est quelque chose qui n'existe pas pour le moment», dit-il. En effet, la construction de celle qui fonctionne réellement – et est pratique à utiliser – est incroyablement difficile.
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Plutôt que les «bits» des machines conventionnelles, ces ordinateurs utilisent des bits quantiques, ou qubits, pour coder des informations. Ceux-ci peuvent être fabriqués de plusieurs manières, des minuscules circuits supraconducteurs à des atomes extrêmement froids, mais tous sont complexes à construire.
L'avantage est que leurs propriétés quantiques peuvent être utilisées pour faire certains types de calculs plus rapidement que les ordinateurs standard.
Ces accélérations sont attrayantes pour une gamme de problèmes avec lesquels les ordinateurs normaux ont du mal, de la simulation des systèmes de physique exotique à la planification efficace des vols de passagers ou des livraisons d'épicerie aux supermarchés. Il y a cinq ans, il semblait que des ordinateurs quantiques amélioreraient ces défis et bien d'autres.
Aujourd'hui, la situation est beaucoup plus nuancée. Les progrès dans la construction d'ordinateurs quantiques toujours plus grands ont été, certes, étonnants, plusieurs sociétés développant des machines avec plus de 1000 Qubits. Mais cela a également révélé des difficultés impossibles à ignorer.
Un problème majeur est que, à mesure que ces ordinateurs s'agrandissent, ils ont tendance à faire plus d'erreurs, et trouver des moyens de les prévenir ou les réparer s'est avéré plus difficile que prévu. L'année dernière, les chercheurs de Google ont fait la brèche la plus notable de ce problème jusqu'à présent, mais même ainsi, les ordinateurs quantiques utiles à part entière ne sont pas encore là – comme le souligne Cirac.
Pour cette raison, la liste des applications réalistes pour ces machines peut être plus courte que nous l'espérions autrefois. Pesez le coût de la construction d'un contre les économies plus petites que l'imagination qu'il pourrait réaliser et, pour de nombreux cas d'utilisation, cela peut ne pas avoir de sens économique. «La plus grande idée fausse est qu'un ordinateur quantique peut accélérer tout problème», explique Cirac.
Alors, quels problèmes pourraient encore bénéficier du calcul quantique? Les ordinateurs quantiques pourraient briser les systèmes de cryptographie que nous utilisons actuellement pour une communication sécurisée, ce qui rend la technologie intéressante pour les gouvernements et autres institutions dont la sécurité pourrait être en péril, explique Scott Aaronson à l'Université du Texas à Austin.
Un autre endroit où les ordinateurs quantiques devraient encore être utiles est la modélisation des matériaux et des réactions chimiques. En effet, les ordinateurs quantiques, eux-mêmes un système d'objets quantiques, sont parfaitement adaptés pour simuler d'autres systèmes quantiques, tels que les électrons, les atomes et les molécules.
«Ce seront des modèles simplifiés; ils ne représenteront pas de vrais matériaux. Mais si vous concevez le système de manière appropriée, ils auront suffisamment de propriétés des vrais matériaux que vous pourrez apprendre quelque chose sur leur physique», explique Daniel Gottesman à l'Université du Maryland.
Les simulations de chimie quantique peuvent sembler plus de niche que les vols de planification, mais certains des résultats possibles – trouver un supraconducteur à température ambiante, par exemple – seraient transformateurs.
La mesure dans laquelle tout cela peut vraiment être réalisé dépend significativement des algorithmes quantiques, les instructions qui indiquent aux ordinateurs quantiques comment s'exécuter – et aident à corriger ces erreurs embêtantes. Il s'agit d'un nouveau domaine difficile qui, selon Vedran Dunjko à l'Université de Leiden, aux Pays-Bas, qui oblige des chercheurs comme lui à affronter des questions fondamentales sur ce que sont les informations et l'informatique.
«Cela offre une motivation incroyable pour étudier la dureté des problèmes et la puissance des appareils informatiques», explique Dunjko. «Pour moi, ce serait une raison suffisante pour consacrer une fraction importante de ma vie à ces questions.»
