il y a 3 mois dans Event
Si on en croit le nombre de plus en plus élevé d’articles parus dans la presse publique et non plus uniquement dans la presse spécialisée (plus de 3000 articles en 2015),  l’arrivée de l’ordinateur quantique serait une réalité. Mais compte tenu des difficultés techniques rencontrées  qu’il reste à résoudre pour mettre en application les principes de la mécanique quantique dans un ordinateur, il s’agirait plutôt d’un rêve. Le moins que l’on puisse dire c’est que l’ordinateur quantique est actuellement en état de superposition entre le monde réel et le monde théorique, comme le sont les particules subatomiques que la mécanique quantique se propose d’étudier. 


),  l’arrivée de l’ordinateur quantique serait une réalité. Mais compte tenu des difficultés techniques rencontrées  qu’il reste à résoudre pour mettre en application les principes de la mécanique quantique dans un ordinateur, il s’agirait plutôt d’un rêve. Le moins que l’on puisse dire c’est que l’ordinateur quantique est actuellement en état de superposition entre le monde réel et le monde théorique, comme le sont les particules subatomiques que la mécanique quantique se propose d’étudier. 

Tâchons d’y voir plus clair. L’ordinateur quantique est il en train de sortir des laboratoires de la recherche fondamentale et universitaire pour passer progressivement dans ceux de la recherche appliquée et industrielle voire pour trouver son utilisation commerciale?  La réponse serait plutôt un «  oui, mais ». 

Avant d’examiner l’état d’avancement dans ce domaine, posons-nous d’abord la question du pourquoi.  Pourquoi avons-nous besoin d’une nouvelle catégorie d’ordinateur et quels seraient les moteurs et les acteurs de cette nouvelle industrie ?


Le principal mouvement est imprimé par une quête à laquelle de nombreux acteurs veulent participer : la suprématie quantique. Cette supériorité venue du monde des quantas sera atteinte quand un ordinateur pourra résoudre des problèmes qui sont actuellement insurmontables en termes de temps de traitement, même par les supercalculateurs actuels. 

Par exemple, la décomposition d’un grand nombre en nombres premiers, base de la cryptologie, (un nombre premier n’est divisible que par lui-même et par un) est une opération très longue : si on met un mois pour trouver les facteurs premiers d’un nombre de 200 chiffres il faudrait par contre 100 000 ans pour faire cette décomposition pour un nombre de 400 chiffres! C’est ce qui assure pour l’instant la sécurité des techniques de chiffrement. Un ordinateur quantique pourrait faire ce travail en un délai incroyablement plus court. Le secret de ce miracle vient du fait que le nouvel ordinateur ne traiterait plus une unité d’information (le BIT) qui ne stocke que 2 valeurs possibles 0 OU 1 mais traiterait une nouvelle unité d’information (le QUBIT) qui stocke les valeurs 0 ,1 ET toutes les combinaisons de probabilité d’avoir un 0 et un 1. Ainsi pour les scientifiques,  des traitements massivement parallèles de l’information en une seule opération seraient permis par cette nouvelle technologie. L’algorithme quantique de décomposition des nombres premiers existe déjà : c’est l’algorithme de Schor du nom de son inventeur ; il a été établi en 1994.

Cette notion de suprématie quantique reste toutefois à définir de manière précise (qui contrôle les tests et quels tests)  pour éviter des effets d’annonces par ceux qui prétendent l’avoir atteinte. Des réalisations de calculs ont eu lieu : 

en 2001, IBM annonçait avoir réussi à factoriser le nombre 15 par résonance magnétique 

en 2012, l’Université de Bristol annonçait avoir factorisé le nombre 21 par un dispositif photonique. 

Ces réussites expérimentales prouvent qu’on est encore loin de la suprématie. 


Les participants de cette aventure ont pour nom IBM, GOOGLE, NASA, AMAZON, MICROSOFT… bref les géants du  NET mais aussi les états des nations développées et leurs services de renseignements (NSA, CIA, unités de l’armée chinoise …), les grandes universités et divers laboratoires.

Chaque acteur y trouverait un intérêt majeur:

pour les géants du Net, des algorithmes de recherche de l’information dans de grandes bases de données, de recherche d’un chemin optimal dans les réseaux, d’optimisation de processus amélioreraient grandement le service rendu à leurs clients. 

pour les agences de renseignements ou pour toutes les entreprises qui nécessitent un très haut niveau de confidentialité,  la mécanique quantique promettraient aux premières les moyens rapide de décodage des messages secrets et aux secondes que le message transmis est resté inviolé.

Pour les scientifiques, un outil de simulation permettant l’étude directe du monde quantique. Etudier le comportement de 30 électrons prend 1 jour de calcul, pour 50 électrons on passe à 3000 ans de calcul avec l’informatique classique!


En bref, le monde serait donc promis à de grands bouleversements, une réelle révolution en somme, comme a pu l’être, l’arrivée de la vapeur ou de l’électricité. Elle donnerait un avantage indéniable et considérable à ceux qui atteindraient cette fameuse suprématie quantique en premier.


Mais attention à certaines conséquences. Actuellement des centaines de millions de messages circulent sur le net et un nombre aussi élevé de transmissions par satellite sont interceptées, enregistrées par des services secrets et stockées en attendant un éventuel décodage. Le décryptage de toutes ces informations, même quelques années après leur envoi, pourrait faire l’effet d’une véritable déflagration dont les conséquences ne seront peut-être pas facilement maitrisables. Des informations habillement distillées auprès du grand public promettent de nombreux scandales de type WikiLeaks, Snowden voire une déstabilisation des gouvernements ou des entreprises incriminées. Le rêve quantique pourrait tourner au cauchemar. Qu’en sera-t-il aussi de la sécurité bancaire, des marchés financiers et des paiements en ligne ? 


Toutefois, avant d’atteindre cette étape révolutionnaire et se préparer aux conséquences, de nombreux obstacles techniques doivent être franchis et des choix stratégiques sont à effectuer.


Si le futur ordinateur quantique est basé sur plusieurs principes essentiels de la physique quantique comme le principe de superposition (qui veut qu’une particule soit dans plusieurs états à la fois, tant qu’elle n’a pas été observée) ou comme le principe d’intrication (qui indique que 2 particules qui ont été « en contact » restent liées l’une à l’autre quelques soient la distance et la durée qui les séparent) , les qubits de ce futur ordinateur doivent rester isolés des influences du monde extérieur (des rayonnements et des particules parasites) pendant les étapes du traitement informatique. On doit  donc lutter contre le principe de la décohérence (qui veut que la grandeur physique d’une particule passe d’un ensemble de probabilités à une seule valeur spécifique). De plus, les techniques utilisées pour piéger les particules qui servent de qubits nécessitent parfois des températures très basses (entre -269°C à -190°C) ce qui ne contribue pas pour le moment à mettre l’ordinateur à la portée de tous et seront sans doute coûteuses au début (à l’heure actuelle, 50% des dépenses d’électricité des parcs de serveurs sert au refroidissement) 


Compte tenu de ces contraintes et de la haute technicité requise, ces ordinateurs ne sont pour l’instant produits qu’au sein des centres de recherche ou des universités (où l’on trouve le matériel de pointe et les connaissances nécessaires) et par seulement un petit nombre d’entreprises. Pour ces  investissements très élevés, seuls les états, les organismes publics (NSA, CNRS…)et les très grandes entreprises (GOOGLE, IBM…) peuvent assumer ces dépenses pour lancer de nouveaux projets ainsi qu’une vingtaine d’entreprises de capital-risque qui ont levé une centaine de millions de dollars entre 2012 et 2018. 

Ces ordinateurs ne sont pas des machines universelles car elles sont fabriquées avec des technologies différentes pour les qubits (certains constructeurs vont privilégier les qubits où l’on manipule soit des ions, des atomes, des photons ou des condensats de Bose-Einsteinqui sont une sorte d’atome artificiel) et surtout ces ordinateurs sont dédiés à une utilisation particulière. Certains vont étudier le comportement des particules (on les appellera alors des simulateurs quantiques), d’autres seront des calculateurs (comme par exemple pour la décomposition en nombres premiers).


Nous sommes donc loin d’une production industrielle même d’un petit nombre d’unités. Le marché où s’écouleraient ces machines est pour l’instant très étroit et le risque, de faire fausse route, encore élevé.

Il y a peu de sociétés proposant des machines quantiques (D-WAWE, IonQ, Rigetti) et les utilisateurs pas assez nombreux. En 2011, la société D-WAWE annonce la vente d’un ordinateur quantique pour 10 millions de dollars. Cette année, un acteur comme AMAZON annonce le lancement d’AMAZON BRACKET qui permet à des entreprises de tester des algorithmes quantiques sur des ordinateurs quantiques accessibles à distance. 

L’autre moteur du développement est la limite atteinte ou que vont atteindre les technologies classiques de l’informatique, que ce soit la fréquence de fonctionnement ou la densité de gravure des circuits imprimés (la finesse des gravures pourrait atteindre 5 nanomètres en 2020). La loi de Moore qui veut qu’on double le nombre de transistors sur un microprocesseur tous les 2 ans semble arriver à son terme. A cette échelle, les effets quantiques qu’on veut utiliser dans les nouveaux ordinateurs se manifestent et deviennent une gêne en créant des parasites dans les circuits.

Face à des superpuissances comme les USA ou la Chine, L’Europe va initier un programme européen et mobiliser un budget pour la recherche quantique. Cette impulsion sera-t-elle suffisante ?  Les USA peuvent compter sur une collaboration déjà éprouvée dans de nombreux secteurs scientifiques entre les grandes universités déjà en pointe dans ce domaine et la masse financière des budgets souvent considérables des programmes militaires (Pentagone), civils (NASA) et ceux des entreprises du NET. 

Atout non négligeable, dans cette course,  la France compte 2 prix Nobel (Claude Cohen- Tannoudji et Serge Haroche) spécialistes de ces questions et de nombreux scientifiques de haut niveau.


Pris en étau entre une demande croissante de ressources informatiques toujours plus performantes et l’impossibilité de continuer les progrès de l’ancien monde technique, les acteurs du nouveau monde quantique feront-ils les bons choix et arriveront-ils à des solutions pérennes? 


Alors rêve ou réalité ?  Le monde quantique est sorti depuis longtemps du monde théorique parce qu’il est déjà à la base de très nombreuses réussites : le laser, le GPS, la résonance magnétique nucléaire … Il impacte 30% du PIB des nations développées et trouve des applications dans des disciplines variées : on parle maintenant de chimie quantique, de biologie quantique… 

Réaliser l’ordinateur quantique sera finalement une confirmation décisive de la puissance de cette science née au début du 20e siècle mais nécessitera du temps pour sa maîtrise, des budgets, des cerveaux  et sans doute aussi un internet quantique.


On peut simplement conclure que cette réalité arrive lentement mais qu’elle est déjà en marche.