Qu'est-ce qu'un ordinateur quantique ?

De Kiyoshi Padawan - Posté le 4 septembre 2015 à 17h19 dans Informatique

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Durant les derniers mois, vous avez sans doute remarqué que la presse a énormément parlé de découvertes, failles ou évolutions majeures dans l'univers de la technologie. Nous pouvons par exemple citer la technologie 3D XPoint ou encore l'USB type C, mais parmi tout ceci, se trouve une des nouvelles technologies les plus excitantes : l'ordinateur quantique. Récemment par exemple, la Chine a annoncé la création du premier réseau de communication par technologie quantique non piratable, qui irai de Pékin à Shanghaï. Voyons ce que sont ces ordinateurs et pourquoi sont-ils si importants !

 

Qu'est-ce qu'un ordinateur quantique ?

C'est une bonne question. Les ordinateurs quantiques (ou calculateurs quantiques) n'ont rien de commun avec les ordinateurs que nous connaissons tous ou même les superordinateurs. Tandis que les superordinateurs utilisent un nombre de processeurs phénoménale pour atteindre une rapidité de calcul extrême, les ordinateurs quantiques fonctionnent avec la mécanique quantique et son noyau.
 
Un ordinateur quantique est fabriqué atome par atome. La mécanique quantique est l'un des plus effroyables sujets en physique. Selon Richard Feyman, "si vous croyez comprendre la mécanique quantique, c'est que vous ne la comprenez pas". Ce n'est donc pas étonnant que les ordinateurs quantiques soient aussi incompréhensibles (faire un article dessus je ne vous explique même pas).

Comment ça fonctionne ?

Les ordinateurs quantiques utilisent des atomes comme leur système physique. Contrairement aux ordinateurs normaux où les informations sont traduites en binaire (des p'tits 0 et 1), la mécanique quantique permet à un atome d'être dans l'état 0 et 1 simultanément. C'est ce qu'on appelle la superposition (vous devez connaître le chat de Schrödinger, eh bien c'est ça). Le bit est 0 ou 1, le qubit est 0,1 ou les deux en même temps. C'est un peu mindblowing, mais accrochez vous pour la suite.
 
Donc, selon la théorie, s'il y a autant de bits que de qubits, les qubits détiendront deux fois l'information.
Par exemple, si il y a x qubits dans l'ordinateur, alors il aura 2ˣ états différents. En gros, l'ordinateur pourrait gérer plus d'informations que les bits actuels, ainsi qu'augmenter la rapidité de la machine de façon exponentielle.
 
Et comme un petit schéma vaut de longues phrases, voilà en gros à quoi tout ceci ressemble
 
quantique
 

Quels sont les défis liés aux ordinateurs quantiques ?

L'un des défis les plus importants est d'enlever la décohérence quantique. Mais dis-moi Jamy, c'est quoi la décohérence quantique ? Pour un moldu comme vous et moi, la décohérence peut être comprise comme une perte d'informationsCette perte d'informations arrive lorsque l’environnement de l'ordinateur quantique est mal isolé thermiquement. Ainsi, le système a besoin d'être soigneusement isolé de la chaleur. Geler les qubits est l'une des manières permettant de prévenir et d'éviter cette décohérence quantique.

Les ordinateurs quantiques dans l'Histoire

Les ordinateurs quantiques ont été conceptualisés dans les années 1980, mais les majeures avancées ont commencé bien après, deux décennies plus tard. En effet, en 2001 des chercheurs d'IBM ont permis de factoriser 15 en 3 et 5, avec un calculateur quantique de 7 qubits. Après cela, le développement de systèmes d'exploitation et l'augmentation du nombre de qubits furent des recherches importantes ces dernières années.
 
Aujourd'hui, de nombreuses sociétés et chercheurs sont entrés dans la course à la construction des ordinateurs quantiques. D-Wave a récemment annoncé avoir battu le record des 1000 qubitsD'autres géants comme Google ou IBM développent leurs propres ordinateurs quantiques et avancent à une bonne vitesse.
 
quantique

Si c'est si complexe, pourquoi s'y intéresser ?

Un ordinateur quantique totalement fonctionnel aurait besoin d'environ un million d'atomes. Actuellement nous en avons qu'un simple millier, mais qu'est-ce qui se passerait si nous atteignions ce niveau ou au moins la moitié ? Les calculs complexes et énormes permettant par exemple de prédire la météo ou de séquencer de l'ADN nécessitent énormément de superordinateurs. Avec les ordinateurs quantiques, le nombre de données stockables est décuplé et la mécanique quantique permet des calculs d'une bien plus grande complexité. Ainsi, tandis qu'un superordinateur prendrait des années pour déchiffrer le chiffrement RSA (asymétrique), un ordinateur quantique le ferait en quelques heures ou jours.
 
Ces calculateurs quantiques permettront de diriger les recherches à l'état d'hypothèse ou stoppées par un manque de puissance de calcul. De la simulation de structures de taille moléculaire aux résolutions des mystères de l'Univers, nous ne pouvons imaginer la quantité de choses possibles avec ces ordinateurs. Pour l'instant, les ordinateurs quantiques ne changeront pas votre vie, mais par exemple, un réseau de communication quantique fournirait un réseau plus sûr et plus rapide que nos solutions actuelles (un nouvel Internet?).
 
Merci d'avoir lu cet article, il est probablement incomplet donc n'hésitez pas à donner vos connaissances dans les commentaires !

Cet article a été rédigé par
un lecteur d'Hitek : Kiyoshi

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Commentaires (50)

Par jeanLucasec, il y a 2 ans :

Très intéressant cet article !

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Par Genphiz, il y a 2 ans (en réponse à jeanLucasec):

... Et c'est assez pour tourner des jeux coder avec les pieds comme on en vois si souvent maintenant, de manière fluide?
(Troll patapé)

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Par hyrlos, il y a 2 ans :

J'ai apprécié que soit développé la partie sur le fonctionnement quantique.
Meme si c'est compliqué c'est assez intéressant

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Par Franck, il y a 2 ans via l'application Hitek :

Merci, très bon sujet et article.

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Par propapa, il y a 2 ans :

Vraiment cool cette article, il serait vraiment bien que d'autres articles dans le genre soit écrit. Pourquoi pas une rubrique "science" ? Ou un truc dans le style?

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Par Carl H, il y a 2 ans (en réponse à propapa):

Bonne idée !

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Par SoldierJo, il y a 2 ans (en réponse à propapa):

il y a deja une catégorie comme ça, entre les trou noir, trou de ver...etc

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Par Unchinois, il y a 2 ans (en réponse à SoldierJo):

Trous de femme... Oh wait...

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Par xevious78, il y a 2 ans :

Autre problème assez important : la difficulté de programmer ces machines. Même une simple addition s'avère extrêmement complexe !

Un intervenant sur la chaîne Veritasium explique que l'utilité de ces machines ne sera qu'extrêmement ciblé : (dé)cryptage, algorithmes exponentiels, ... Mais qu'on ne verra certainement pas l'utilité de telles machines pour l'entertainment ;)

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Par Strabisme, il y a 2 ans :

"Ainsi, tandis qu'un superordinateur prendrait des années pour déchiffrer le chiffrement RSA (asymétrique), un ordinateur quantique le ferait en quelques heures ou jours."

Franchement, j'aimerais beaucoup éviter qu'un ordinateur quantique soit dans les bureaux de la NSA ou de la DGSE, ce serais un coup dans la gueule de la sécurité informatique, et du même coup, à la vie privé informatique.

Et si on peut déchiffrer un chiffrage quasi-parfait, je ne sais pas si après avoir réussi à construire ce genre d'ordi, la sécurité info puisse palier à ce problème, surtout quand celle-ci ne repose que sur le chiffrage ( je parle des données, évidemment )

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Par Kiyoshi, il y a 2 ans (en réponse à Strabisme):

Il est très probable que ce genre d'outils soient développés très activement par les services secrets de différents pays, notamment les USA ou la Chine.

Concernant le chiffrage, j'aurai peut-être dû m'étendre sur le sujet, car mine de rien, ça n'est effectivement pas rien.

Si un calculateur quantique suffisamment puissant se retrouvait entre les mains de n'importe quel fou furieux, celui-ci permettrait d'anéantir toutes connexions cryptées, ce qui inclue les banques, les services de discussion sécurisés, et remettrai en cause la sécurité de la quasi-totalité des sites du monde.

Un tel événement serait affreux, et du coup les ingénieurs essayent de trouver des solutions et de nouveaux systèmes de cryptage. C'est pas gagné, mais apparemment des mathématiciens auraient trouvé un algorithme résistant aux attaques quantiques. Après cette info est assez vielle (mars) et a probablement évolué, c'pourquoi j'en ai pas trop parlé :33

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Par Lt. Col. John Sheppard, il y a 2 ans (en réponse à Kiyoshi):

"auraiT" et "iraiT" dans l'article... Le conditionnel prend toujours un t à la 2e personne de singulier

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Par Lt. Col. John Sheppard, il y a 2 ans (en réponse à Lt. Col. John Sheppard):

Mon Dieu, j'ai vraiment écrit de la merde cette fois... Excusez-moi, je me repend

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Par Strabisme, il y a 2 ans (en réponse à Kiyoshi):

À part avec une révolution technologique, je doute qu'on puisse réussir un algorithme indéchiffrable par les ordinateurs quantiques.. Franchement j'ai l'impression que faire un pas en avant avec ces ordis reviendrait par le même coup à détruire nos libertés individuelles à cause de sois-disantes mesure "antiterroristes", et déjà que les fournisseurs internet et la DGSE se partagent bien les donnés, si en plus de ça ils peuvent tout déchiffrer, bah c'est la mort subite pour toute liberté sur internet.

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Par fourmi1, il y a 2 ans (en réponse à Kiyoshi):

bah si il y a des ordinateurs quantiques il y a aussi des cryptages quantiques, avec des cles publiques et des cles personnelles pour contrer le decryptage (j'avais lu ca l'annee derniere je crois)

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Par Qui veut du pouelt, il y a 2 ans :

je n ai qu une chose a dire: 42 .

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Par Sauska, il y a 2 ans :

Ben dis donc, tu m'épates en écrivant des articles pareils à ton âge, je pensais pas que la mécanique quantique pouvait t'intéresser ;) Bravo !

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Par Young Boy, il y a 2 ans (en réponse à Sauska):

L'âge n'a rien à voir avec ce qui nous interresse ou pas hein :p

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Par Sauska, il y a 2 ans (en réponse à Young Boy):

Je n'ai en aucun cas dit le contraire. Je parlais de l'âge pour l'écriture d'un article aussi bien construit sur une chose plutôt complexe ;)

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Par SoldierJo, il y a 2 ans (en réponse à Sauska):

ça peut paraitre complexe pour une personne qui ne lis pas d'articles a ce sujet ou regarde des reportages mais pour les passionnés c'est un chouilla plus facile de mettre en œuvre ce genre de sujet, je suis passionnés de cosmologie donc je maîtrise ce qui m'intéresse ( pas tous non plus je ne suis pas Hawking) mais pour moi il sera plus difficile de comprendre la biologie qu'astronomie :) tu vois un peu où je veut en venir? chacun a sa "spécialité"

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Par Rourc, il y a 2 ans :

Il explique plutot bien sur cette vidéo, mais il n'y a que les con qui ne changent pas.

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Par SkyR00t, il y a 2 ans via l'application Hitek :

Le cryptage quantique repose avant tout sur la polarisation des photons. Les clés sont donc en hard. Il est quasi improbable d'obtenir la même polarisation que l'émetteur du message. Ainsi en admettant qu'une machine tente d'intercepter le message, le destinataire en serait informé. Plus d'informations sur Wikipedia :https://fr.m.wikipedia.org/wiki/…

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Par Kiyoshi, il y a 2 ans (en réponse à SkyR00t):

Merci pour l'info !

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Par sky_rize, il y a 2 ans via l'application Hitek :

Code lyoko ! Ils vont se virtualisé dans un monde virtuel !

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Par MissGeek, il y a 2 ans :

Ca ce dit comment qubit ? C'est assez dur a prononcer non ? ><

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Par Gigarama, il y a 2 ans (en réponse à MissGeek):

Ça se prononce Q bit ^^

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Par Reef83, il y a 2 ans (en réponse à Gigarama):

Ah bravo ... Quelqu'un pose une question et ça part en gros mots !
#Don'tFeed

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Par Wowelable, il y a 2 ans (en réponse à MissGeek):

C est comme le cubis de rouge mais tu pronoce le T

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Par b, il y a 2 ans :

Moi ce que je comprend de la vidéo, c'est que les qbit n'ont as seulement 3 états (soit 0, soit 1 soit 0 et 1) mais une infinité, comme les position d'un électron autour de son atome... Qui m'éclaire?

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Par Dje182, il y a 2 ans :

Il pourra générer des parties de Solitaire plus faciles ou pas ?

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Par Gigarama, il y a 2 ans :

Article intéressant quand on connait la difficulté de comprendre (et de faire comprendre) la physique quantique.
Par contre petite coquille c'est Richard FeyNman ^^

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Par Ralekath, il y a 2 ans :

Super article!

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Par Chewbacca50, il y a 2 ans :

L'avenir.......................

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Par maAsushi, il y a 2 ans :

Le démon qubit !

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Par The Hunter, il y a 2 ans :

Chapeau pour l'article!
-Une touche de geek.
-Lecture agréable.
-D'actualité.
-Et surtout très intéressant!!
Félicitations à l'auteur!

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Par Skeal, il y a 2 ans :

La décohérence quantique est un phénomène qui intervient sans arrêt sur un système ou une particule quantique. Pour faire simple, la décohérence explique le passage de la particule d'un état quantique à un état classique (quand je dis classique, je veux dire que la particule est de nouveau appréhendable par les modèles classiques). La décohérence a lieu lorsqu'une particule quantique entre en interaction avec son environnement, si je ne me trompe pas, or c'est quasiment impossible qu'une particule n'aie pas d'intéraction c'est pourquoi la décohérence à lieu tout le temps. C'est aussi pour cela qu'effectuer une mesure sur une particule quantique provoque sa décohérence quasi instantanée.

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Par L'enculeurdelama, il y a 2 ans :

C'est bien tout sa mais on peut jouer a LOL dessus? :D

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Par Z3pHyr, il y a 2 ans :

L'activé pas ! XANA va revenir :(

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Par Betamax, il y a 2 ans :

Prédire la météo ? PREDIRE LA METEO ?! Vous vous rendez compte à quel point c'est à la fois complexe et random de prédire le déplacement des masses d'air avec toutes les saloperies qui influent dessus de manières imprévisibles ?! VOUS VOUS RENDEZ COMPTE ?!

Coordialement, Claire Chazal.

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Par Infection, il y a 2 ans :

Bonne article !
Toutefois j'aimerais juste signaler que, sauf erreur de ma part, la décohérence ça n'arrive pas tout à fait quand des atomes sont mal isolés ''thermiquement''.
En réalité, à l'échelle quantique, les particules subatomiques ont plusieurs propriétés telle que la superposition (que vous décrivez bien). La décohérence arrive à un moment ou les particules qui forment le système quantique rentrent en contact avec un nombre trop élevé de particules. Très vulgairement, ceci crée des ''interférences'' et annule les effet quantiques.
C'est pour ça que nous sommes dans des états bien définis et pas deux à la fois: nous sommes composés de plein d'atome donc à notre échelle, il y a décohérence :)

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Par HunterTrucK, il y a 2 ans via l'application Hitek :

Mais la question que le monde entier se pose réellement est : Un ordinateur quantique sera-t-il assez performant pour ne pas faire planter Windows ? :D

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Par Kikanot, il y a 2 ans :

Le coup limitera peut être le développement à grande échelle.

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Par Atmoz, il y a 2 ans :

Alors perso, j'avais compris jusqu'au moment ou j'ai regardé le schéma :)

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Par Baymax, il y a 2 ans via l'application Hitek :

je prie pour que ça aide dans la neuro science et surtout dans le projet "human brain project" car il leur faut beaucoup trop de supercalculateur pour reproduire au neurone prêt l'activité cérébrale de l'homme. Je vais suivre les ordinateurs quantique de très prêt !

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Par TJK, il y a 2 ans :

merci pour cet article hyper intéressant :)

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Par ertu, il y a 2 ans :

"[...]D-Wave a-t-elle réellement réussi l’exploit de créer l’ordinateur capable de telles performances ? Pour l’heure, "la plupart des spécialistes doutent", tempère Alexandre Blais, qui mène aujourd’hui ses recherches à l’Intriq.[...]"
http://sciencesetavenir.fr/high-tech/…

D-WAVE ne veut pas de test indépendant , donc on peut supposer que ce soit une forme de patent troll pour que la concurrence plus tard leur paye des royalties sur les brevets relatifs à cette technologie .

De plus le calcul quantique comme la quantique est une notion si intuitive que la programmation , faire des logiciels spécifiques est hasardeux .On ne sait pas , on ne peut prédire à l'heure actuelle qu'un ordinateur quantique apporte plus qu'un supercalculateur classique .

De plus la technologie citée concernant la chine est déjà part certaines utilisée par des banques suisses .Fort probable que même la maison blanche ait un canal de ce type ou alors l'armée américaine pour relier certaines bases .
Enfin une technique a été découverte l'année dernière permettant de casser le cryptage quantique , je vous en ferai part ici si je retrouve l'article qui en parle mais bon le commun des mortels n' y aura pas accès .

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Par oups, il y a 2 ans (en réponse à ertu):

L'article auquel je fais allusion :
http://futura-sciences.com/magazines/…

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Par nours77, il y a 8 mois :

Je me demande, quand va ton arrêter ce genre d impasse de science fiction, et s intéresser au vrai potentiel pragmatique de la physique quantique...
Un exemple d ordinateur quantique possible, avec l intrication quantique des atomes, avec le sens les spins comme 0 et 1... la liaison est censé être instantanée même entre de très longue distance mais ce n est pas la distance qui serait intéressant dans ce cas, si la liaison est instantanée, on peut lui en demander autant que l on veut, cela a donc aussi une puissance de calcule infini... Pour le moment les intrication dure 2.5 secondes, donc un processus avec une puissance infini pendant 2.5 seconde pour le moment, non ?

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Par informatique sur rouen , il y a 7 mois :

Merci pour cet article... Sujet sympa.. Il y avait eu une émission la dessus s u r arte il y a déjà un moment... Il vont avoir recours à la physique quantique car les matériaux utiliser ont une limite physique dans la taille de la gravure

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Par Hugo, il y a 2 mois :

super article, vraiment intéressant !!!

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