EN BREF
L'informatique quantique, basée sur la mécanique quantique, utilise des qubits au lieu de bits classiques pour représenter l'information.
Les qubits peuvent exister en superposition d'états et être intriqués, permettant des calculs parallèles et des communications instantanées.
Découvrez comment ces propriétés révolutionnent la chimie, la physique, l'IA et la cryptographie.
L'informatique quantique : une révolution en marche L'informatique quantique est un domaine de recherche en pleine effervescence qui promet de bouleverser notre monde. Elle s'appuie sur les principes de la mécanique quantique, une branche de la physique qui décrit le comportement de la matière à l'échelle atomique et subatomique.
Contrairement à l'informatique classique, qui utilise des bits (0 ou 1) pour représenter l'information, l'informatique quantique utilise des qubits.
Dans le détail, contrairement au bit classique qui ne peut prendre que deux valeurs (0 ou 1), le qubit peut exister dans une superposition d'états, c'est-à-dire être à la fois 0 et 1 en même temps. Cette propriété, appelée superposition, permet aux ordinateurs quantiques d'effectuer un grand nombre de calculs en parallèle, offrant ainsi une puissance de calcul potentiellement exponentielle par rapport aux ordinateurs classiques.
Une autre propriété fondamentale des qubits est l'intrication quantique. Deux qubits intriqués sont liés de manière telle que l'état de l'un influence instantanément l'état de l'autre, quelle que soit la distance qui les sépare. Cette propriété ouvre des perspectives fascinantes pour la communication quantique et le téléportation quantique.
De vraies promesses Exploiter les propriétés quantiques de la matière ouvre naturellement des perspectives inédites pour résoudre des problèmes complexes qui dépassent les capacités des supercalculateurs actuels.
Les applications potentielles de l'informatique quantique sont en effet très vastes et prometteuses. En chimie, elle pourrait révolutionner la conception de nouveaux matériaux et médicaments en permettant de simuler avec précision le comportement de molécules complexes. En physique, elle pourrait aider à mieux comprendre des phénomènes fondamentaux comme la supraconductivité ou la nature de la matière noire. L'intelligence artificielle bénéficierait également grandement de l'informatique quantique, avec le développement d'algorithmes d'apprentissage automatique plus puissants et capables de traiter des données de plus en plus volumineuses.
Le domaine de la cryptographie sera également concerné. D'un côté, les algorithmes quantiques pourraient casser les systèmes de chiffrement actuels, mettant en péril la sécurité de nos données. D'un autre côté, ils pourraient également permettre de créer de nouveaux systèmes de chiffrement encore plus sûrs, fondés sur les principes de la mécanique quantique.
En somme, l'informatique quantique représente un véritable tournant pour la science et la technologie.
Crédits : Bartlomiej Wroblewski/istock
Le problème des erreurs L'un des principaux obstacles à surmonter pour concrétiser le potentiel de l'informatique quantique réside dans la fragilité intrinsèque des qubits. Ces unités d'information quantique sont en effet extrêmement sensibles aux perturbations de leur environnement. Le moindre bruit, la plus petite fluctuation thermique peut altérer leur état quantique, entraînant des erreurs de calcul. Ce phénomène, appelé décohérence, est une véritable épine dans le pied des chercheurs.
Par ailleurs, la complexité des calculs quantiques augmente de manière exponentielle avec le nombre de qubits. Construire un ordinateur quantique capable d'effectuer des calculs utiles nécessite donc un nombre considérable de qubits, interconnectés de manière précise. Or, fabriquer et contrôler un grand nombre de qubits tout en maintenant leur cohérence est un défi technologique de taille.
Pour pallier ces problèmes, les chercheurs ont développé des codes de correction d'erreurs quantiques. Ces codes permettent essentiellement de détecter et de corriger les erreurs qui surviennent lors des calculs. Cependant, leur mise en œuvre est complexe et coûteuse en termes de ressources. En effet, pour protéger un qubit logique, il faut généralement utiliser plusieurs qubits physiques, ce qui augmente la taille du système et la complexité des opérations.
Dans ce contexte, les nouveaux travaux de chercheurs du Centre RIKEN pour l'informatique quantique au Japon représentent une avancée prometteuse. En proposant une nouvelle approche pour la correction d'erreurs, ces derniers ouvrent en effet de nouvelles perspectives pour construire des ordinateurs quantiques plus robustes et plus performants.
Une nouvelle géométrie pour une meilleure protection Pour mieux protéger l'information fragile des qubits, les chercheurs japonais ont eu une idée astucieuse : ils ont imaginé de ranger ces qubits dans des structures géométriques très particulières appelées hypercubes.
Pour mieux visualiser, imaginez un cube classique à trois dimensions. Un hypercube serait alors une extension de ce cube dans une dimension supplémentaire, difficile à représenter dans notre espace à trois dimensions. C'est une sorte de "cube" à quatre dimensions, puis cinq, six, etc.
En organisant les qubits de cette manière, les chercheurs ont réussi à créer des codes de protection plus efficaces. C'est comme si on renforçait un coffre-fort en utilisant une combinaison de plusieurs serrures : plus il y a de serrures, plus il est difficile de le forcer.
De plus, cette nouvelle méthode permet de réaliser les calculs plus rapidement, car elle peut traiter plusieurs opérations en même temps, un peu comme un ordinateur qui effectuerait plusieurs tâches simultanément.
En somme, la théorie est complexe, mais l'idée de base est assez simple : en organisant les qubits de manière intelligente, on peut les protéger plus efficacement et accélérer les calculs.
Visualisation de la structure du code multi-hypercube de niveau 3. Crédits : Science Advances (2024)
Les résultats obtenus par Goto et son équipe sont très prometteurs. Les codes à hypercubes multiples atteignent en effet un taux d'encodage record, ce qui signifie qu'ils peuvent protéger plus d'information avec moins de qubits physiques. De plus, ces codes sont robustes et peuvent être implémentés sur différentes plateformes technologiques, comme les qubits à atomes neutres.
Bien que de nombreux défis restent à relever, les progrès réalisés dans ce domaine sont donc notables. Il reste encore beaucoup de travail à accomplir, mais l'avenir de l'informatique quantique semble de plus en plus prometteur.
Source : Science Advances
Publié le 13 septembre 2024 à 20:00
Par Brice Louvet
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