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Cette actualité a été publiée le 13/08/2013 à 10h36 par mich.


L'ORDINATEUR QUANTIQUE, LA NOUVELLE RÉVOLUTION INFORMATIQUE

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L'ordinateur quantique, la nouvelle révolution informatique

De jeunes chercheurs australiens règlent l'appareillage nécessaire à la manipulation des qubits.- DR
 

Vingt-huit ans après les premiers travaux théoriques, les bits ­quantiques ne sont déjà plus un rêve de papier.

Et si la Silicon Valley de demain – ou plutôt d'après-demain – existait déjà, en germe, quelque part au fin fond de l'Ontario, près d'une tranquille petite bourgade appelée «Waterloo» ? C'est là que Mike Lazaridis, le cofondateur de Blackberry, investit depuis des années une part non négligeable de sa considérable fortune dans la recherche en technologies quantiques.

Rêve de jeunesse devenu réalité, sa «Quantum Valley» peut déjà se prévaloir d'un centre de recherches (l'Institut Perimeter) actif et reconnu et d'un «Quantum-Nano Centre» qualifié de «Laboratoires Bell du XXIe siècle»... A quoi s'ajoute depuis mars dernier le «Quantum Valley Investments», premier fonds d'investissement de 76 millions d'euros entièrement dédié au développement et à la commercialisation des technologies quantiques.

 

 

Ce que l'on appelle le traitement quantique de l'information se scinde pour l'instant en deux grandes branches. La cryptographie quantique est déjà commercialisée mais dans un marché de niche, en raison de son prix élevé.

Vingt-huit ans après les travaux pionniers du physicien britannique David Deutsch, qui en a posé les premiers jalons théoriques, l'informatique (ou calcul) quantique, et l'ordinateur qui va avec, n'en sont encore, quant à eux, qu'à leurs balbutiements...

 

 

Avant même les travaux de David Deutsch, le rêve d'une «informatique quantique» est né dans le cerveau du génial physicien américain Richard Feynman (prix Nobel 1965), mort en 1988.

Au début des années 1980, celui-ci émit l'idée d'exploiter les mystérieux phénomènes naturels apparaissant à l'échelle microscopique – ceux-là mêmes qu'étudie la physique quantique – pour construire des machines d'un type nouveau, seules capables de simuler (et donc de mieux comprendre) ces phénomènes...

«L'ordinateur quantique, si nous parvenons un jour à en construire un, ne sera pas une machine conventionnelle utilisant simplement des transistors plus rapides, mais fonctionnera selon des principes radicalement différents», explique Daniel Estève, responsable du groupe «Quantronique» au CEA de Saclay.

Radicalement différent ? Autant mettre tout de suite bon sens et intuition de côté. «Si vous croyez comprendre la mécanique quantique, c'est que vous ne la comprenez pas», avait coutume de dire Dick Feynman à ses étudiants.

 

 

Superposition d'états

Du plus modeste PC familial au supercalculateur Curie, tous les ordinateurs classiques ne font que traiter de l'information, celle-ci étant encodée dans des unités de mémoire appelées bits (pour «binary digit») et pouvant prendre deux valeurs, conventionnellement notées 0 et 1. Plus un ordinateur est puissant, plus le nombre de ces unités de mémoire, noté n, est grand.

Un calcul mathématique simple montre que, chaque bit pouvant être dans deux états (0 ou 1), le nombre de configurations possibles de n bits est 2n. Ces 2n états possibles constituent le «registre» du processeur de l'ordinateur.

A un instant donné, un ordinateur classique ne peut être que dans l'un des 2n états possibles de son registre. C'est cette ­contrainte majeure dont s'affranchit l'ordinateur quantique, en vertu d'un principe étrange et cependant parfaitement bien connu des physiciens depuis la naissance de la mécanique quantique dans les années 1920 : la superposition d'états.

Dans le royaume de l'infiniment petit, l'ubiquité existe : si contre-intuitif que cela puisse paraître au non-spécialiste, un même atome peut être au même moment ici et là, comme ceci et comme cela. Il est alors dit dans un ­état superposé.

 

 

Ce n'est que lorsqu'un grand nombre d'atomes sont agencés ensemble pour constituer un objet macroscopique – par exemple, les composants électroniques des microprocesseurs qui constituent le ­support physique de l'information dans un ordinateur classique – que cette propriété quantique disparaît, sous l'effet d'un autre phénomène plus récemment mis en lumière, la décohérence.

D'où le rêve un peu fou de construire un ordinateur dans lequel le support physique de l'information ne serait pas un objet macro­scopique mais une particule élémentaire, ou du moins un objet ayant conservé ses propriétés quantiques. Avec n bits quantiques (ou qubits), un ordinateur aurait toujours un registre de 2n états.

Mais, loin de se cantonner à un état à la fois, celui-ci pourrait aussi bien être dans n'importe quelle superposition arbitraire de 2, 3 ou plus de ces 2n états, voire dans tous en même temps. «C'est ce que l'on appelle le “parallélisme massif” des ordinateurs quantiques. Il permet naturellement une puissance de calcul considérable», explique Philippe Grangier de l'Institut d'optique de Palaiseau, où des qubits sont fabriqués à partir d'atomes de rubidium piégés à l'aide de «pinces optiques» et conservés sous vide.

A quelques kilomètres de là, Daniel Estève et son équipe ont choisi une voie différente. Leurs qubits ne sont ni des atomes ni des photons mais des circuits supraconducteurs à base de jonctions Josephson, un composant beaucoup plus gros qu'un atome mais présentant néanmoins des propriétés quantiques (on parle alors de qubit électrique).

En 2002, l'équipe Quantronique a réalisé le premier qubit électrique fonctionnel, c'est-à-dire lisible et manipulable. Dix ans plus tard, elle a réussi à intégrer deux qubits électriques sur un processeur, un des premiers du genre. Si rudimentaire soit-il, cet embryon d'ordinateur quantique a fait la preuve qu'il fonctionnait.

Et le petit problème qui lui a été soumis a mis en évidence l'«accélération quantique», cette capacité qu'ont les ordinateurs quantiques, en utilisant des algorithmes spécialement conçus pour eux, de résoudre un problème en moins d'étapes que ne le ferait un ordinateur conventionnel utilisant un algorithme classique.

 

 

Prochain objectif de «Quantronique» : réaliser un processeur avec entre 4 et 10 qubits électriques, ce qui devrait être fait «dans les prochaines années», assure Daniel Estève.

Les expérimentateurs les plus avancés sont ceux qui travaillent à partir d'ions, ces atomes ayant perdu quelques électrons et donc électriquement chargés. Les deux grands noms dans ce champ de recherche sont l'Américain David Wineland (co-prix Nobel de physique avec Serge Haroche) au NIST et l'Allemand Rainer Blatt à l'université d'Innsbruck.

Dans leurs labos, le cap de de systèmes à quinze qubits est en passe d'être franchi. Certes, cela reste encore bien loin d'un «vrai» ordinateur quantique. Mais tant de progrès ont déjà été effectués depuis le grand rêve de Feynman qu'il n'est plus interdit d'espérer.

Après tout, comme le disait le physicien Robert Goddard, «les rêves d'hier sont l'espoir d'aujourd'hui et la réalité de demain».

 

 

Le Graal de l'ordinateur quantique : une "très longue" quête (Note de TS : dans le plus grand secret ;o)

1982 : Richard Feynman imagine un ordinateur qui serait capable de tirer avantage des propriétés quantiques, principalement des états de superposition.

1985 : David Deutsch formalise l'intuition de Feynman et propose un premier modèle de calcul quantique.

1994 : Un chercheur de chez AT&T, Peter Shor, développe un premier algorithme spécifiquement destiné aux ordinateurs quantiques.

 

 

2011 : Rainer Blatt, de l'université d'Innsbruck, présente le dispositif le plus complexe mis au point à ce jour. Il comporte 14 qubits, des ions de calcium.

Mai 2013 : La société canadienne DWave commercialise un simulateur utilisant des systèmes supraconducteurs, qu'elle affirme être équivalent à un ordinateur quantique, mais dont le principe de fonctionnement et les capacités sont encore débattus.

 

Un article de YANN VERDO, publié par lesechos.fr et relayé par SOS-planete

 

 

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Auteur : YANN VERDO

Source : www.lesechos.fr