À la différence des ordinateurs classiques, les appareils quantiques ne traitent pas les données avec des bits, ou chiffres binaires. Ils recourent à des unités élémentaires appelées qubits, ou bits quantiques. Des systèmes qui se distinguent de ceux des machines courantes par leur état superposé, garantissant de meilleures performances de calcul.
De nouveaux défis naissent dans divers domaines avec l’apparition du qubit (quantum bit) et de l’informatique quantique. En mathématiques, ils permettraient d’accomplir très vite une factorisation de grands nombres. Une prouesse à laquelle un PC normal est encore incapable de parvenir . Il est possible de réaliser cette opération, mais elle nécessite du temps avec les algorithmes d’aujourd’hui.
La résolution de ces calculs dans un délai raisonnable dépasse les capacités des ordinateurs. Les experts informatiques ont construit pour cette raison la sécurité IT actuelle dessus. Les obstacles mathématiques et la limite des machines profitent ainsi à la cryptographie. Un ensemble de techniques assurant la protection des activités sur Internet.
Les ordinateurs quantiques appartiennent à un autre monde
La donne évoluera avec l’émergence des PC quantiques, si ces appareils peuvent manier un nombre conséquent de qubits. Pour l’instant, cette faculté semble encore loin . Pour cause, les prototypes existants restent extrêmement expérimentaux et marchent sur des qubits assez restreints. D’où la création de la cryptographie post-quantique , afin de résister à ces traitements massivement parallèles.
À noter cependant que la plus grosse machine quantique en développement, en phase de preuve de concept, renferme 127 qubits. À titre indicatif, pour reprendre les mots d’une spécialiste du domaine, Julia Kempe, au-delà de 50 qubits, on atteint :
[…] Des phénomènes qu’on ne peut plus simuler avec des ordinateurs classiques.
Jusqu’à maintenant, aucun PC quantique universel et fonctionnel n’a été déployé. Seul le lancement de prototypes modestes baptisés simulateurs quantiques sont en activité. Des instruments qui sont en mesure de résoudre des calculs précis en :
- Pharmaceutique ;
- Chimie ;
- Ingénierie ;
- En physique.
Pour un plein déploiement de la machine quantique, la conception d’algorithmes imaginés pour l’informatique quantique est requise . Dans le cas de la factorisation des grands nombres, citons par exemple l’ algorithme de Shor.
Qu’est-ce qu’un qubit ?
Le qubit désigne pour l’ informatique quantique ce que le bit est à l’informatique ordinaire. En matière de mécanique quantique, en revanche, les particules cumulent deux états (0 et 1) à la fois, soit un état superposé .
Cette unité de données rend possible un calcul informatique largement plus rapide et performant. Tant il permet de mettre en parallèle des traitements. Julia Kempe déclarait en 2018 :
Avec un vecteur de n qubits, on a en même temps 2n valeurs. Si on arrive à faire des calculs avec de tels vecteurs, on arrive en quelque sorte à faire tous les calculs en même temps. C’est comme si on réalisait 2n calculs en parallèle.
Julia Kempe
En revanche, le bit quantique est connu pour son énorme fragilité. Vaincre la défaillance de cette unité élémentaire d’information s’avère nécessaire pour espérer inventer un PC bâti dessus. L’amoindrissement et la rectification des erreurs découlant de sa manipulation sont donc requis. Pourtant, toute interaction avec l’extérieur, même petite, brise la superposition quantique, alors qu’elle est jugée essentielle. Cet état est nommé décohérence.
Le problème concerne le nombre de bits impliqués dans le calcul. À mesure qu’il augmente, la vulnérabilité de la cohérence s’amplifie. Par ailleurs, il est impossible d’éviter totalement toute interaction avec l’extérieur. L’application des opérations logiques pendant la mise en œuvre d’un algorithme nécessite en effet une bonne manipulation des qubits.
