Informatique quantique (quantum computing) : c’est quoi ?

Résoudre en quelques minutes un problème qui prendrait 10 000 ans pour l’un des ordinateurs les plus avancés de notre époque : voilà la promesse de l’informatique quantique et des quelques acteurs traitant le sujet. L’informatique quantique est une technologie en plein essor qui pourrait venir renforcer les outils d’intelligence artificielle, le développement de médicaments ou encore les calculs financiers. Si les Etats-Unis et la Chine dominent aujourd’hui le marché quantique, la France n’a pas encore dit son dernier mot. Le 21 janvier 2021, le président de la République, Emmanuel Macron dévoilait une stratégie nationale sur les technologies quantiques. 1 an plus tard, en janvier 2023, Pasqal la deeptech française qui ambitionne d’accélérer le développement de son ordinateur quantique levait 100 millions d’euros.  

Qu'est-ce que l'informatique quantique ? 

L'informatique quantique est une avancée scientifique critique pour les décennies à venir Pour la comprendre, physique quantique. Elle repose sur un ensemble de théories physiques dont les premières conclusions datent de la fin du XIXe siècle et qui cherchent à expliquer le comportement des atomes et des particules. A cette échelle, les lois classiques de la physique cessent de s'appliquer, et nous passons aux règles quantiques. A titre d’exemple, voici deux principes parmi les sept liés à cette théorie, qui dépassent le sens commun. Un objet quantique peut traverser un obstacle, comme si vous traversiez un mur, c’est ce qu’on appelle « l’effet tunnel ». Ou encore, deux particules distinctes peuvent former un système lié. Quand l'une bouge, l'autre aussi et cela, quelle que soit la distance entre les deux. C’est le principe de « l’intrication ». 

L’informatique quantique, tout comprendre sur cette révolution technologique 

L'informatique quantique est un domaine pluridisciplinaire comprenant des aspects de l'informatique, de la physique et des mathématiques. En exploitant les principes fondamentaux de la mécanique quantique, les ordinateurs quantiques sont capables de résoudre des problèmes extrêmement complexes de manière beaucoup plus rapide que les machines classiques. Ils excellent notamment dans des tâches comme le deep learning, l'intelligence artificielle et la résolution de problèmes en cryptographie. Avec sa puissance de calcul, l'informatique quantique ouvre la voie à des nouvelles perspectives 

Comment fonctionne l’ordinateur quantique ?  

Le fonctionnement d’un ordinateur quantique s’appuie sur le principe de superposition dans lequel une particule peut se trouver à la fois à un point A et un point B. Alors que nos ordinateurs actuels sont basés sur des « bits », ces informations stockées de manières binaires représentées par 1 ou 0, un ordinateur quantique fonctionne avec des « qubits » (bits quantiques). Ces derniers ont la particularité de pouvoir être à la fois 1 ou 0 en même temps. Pour imager, si l’on prend le cas 

Quels sont les avantages des ordinateurs quantiques par rapport aux ordinateurs classiques ?   

A travers ses différentes applications, l'informatique quantique promet de révolutionner la sécurité des communications, l'optimisation de problèmes complexes, la simulation moléculaire, l'intelligence artificielle avancée et la découverte de matériaux innovants. L’Institut national de recherche en sciences et technologies du numérique (Inria) publiait en 2020, une série d'applications du quantique dans différents secteurs. Grâce à sa puissance de calcul, un ordinateur quantique permettrait de développer des médicaments, la production d’engrais, ou encore l’élimination du dioxyde de carbone, entre autres. 

Cryptographie quantique et cybersécurité 

L'informatique quantique offre des opportunités uniques pour créer des systèmes de cybersécurité plus résistants grâce à la cryptographie quantique. La distribution de clés quantiques permet une avancée majeure en matière de sécurité des communications. Contrairement aux méthodes classiques, où les clés sont échangées numériquement et pourraient être interceptées par des attaquants, les clés quantiques sont générées et partagées de manière intrinsèquement sécurisée grâce aux propriétés de la physique quantique. Une avancé rendue possible par la propriété de superposition des états citée précédemment 

En conséquence, la distribution de clés quantiques offre une sécurité inégalée, garantissant la confidentialité et l'intégrité des données échangées dans un monde de plus en plus connecté et vulnérable aux cybermenaces. Des hackers pourraient utiliser l’informatique quantique pour détourner les systèmes de chiffrement, c’est pourquoi des chercheurs essaient de développer des technologies résistantes au l'hacking. 

Informatique quantique et modélisation des réactions chimiques 

L'informatique quantique peut améliorer la modélisation des molécules, des matériaux et des réactions chimiques complexes, à travers la simulation précise des interactions moléculaires. Cette avancée ouvre des opportunités :  

• Découverte de nouveaux médicaments : prédire comment les molécules interagissent avec les cibles biologiques, accélérant le développement de médicaments en identifiant les composés les plus prometteurs 
• Photosynthèse artificielle : aide à concevoir des systèmes de conversion d'énergie solaire en carburants chimiques, en simulant les processus complexes de la photosynthèse artificielle. 
• Matériaux avancés : prédire les propriétés des matériaux à l'échelle atomique, facilitant le développement de nouveaux matériaux avec des caractéristiques spécifiques. 
• Catalyse chimique : éclairer le fonctionnement des catalyseurs, accélérant la découverte de nouveaux catalyseurs pour des réactions chimiques importantes. 

Informatique quantique et intelligence artificielle (IA)  

L'informatique quantique et l'intelligence artificielle sont deux domaines technologiques qui se complètent et peuvent potentiellement révolutionner le monde de la computation et de la résolution de problèmes. 

• Optimisation : accélérer les calculs nécessaires pour résoudre des problèmes d'optimisation complexes. Cela peut être bénéfique pour les outils d'intelligence artificielle fonctionnant grâce au machine learning et permettant la planification de trajets, la gestion des ressources, etc. 
• Big data et apprentissage profond : Les ordinateurs quantiques peuvent accélérer l'analyse des données massives utilisées dans l'apprentissage profond et l'intelligence artificielle, contribuant ainsi à des progrès plus rapides dans ces domaines. 
• Recherche d'algorithmes : les machines quantiques peuvent être utilisés pour rechercher et développer de nouveaux algorithmes plus efficaces pour les tâches d'intelligence artificielle, conduisant à des améliorations de la vitesse et de la précision. 

Quantique : où en sont les entreprises françaises ? 

Alors que les entreprises américaines comme Google et IBM communiquent depuis quelques années sur leurs avancées, leurs homologues françaises gagnent de plus en plus de terrain. Elles pourraient s’imposer sur le marché de l’informatique quantique, estimé à 1 000 milliards de dollars d’ici 2035, selon le cabinet McKinsey. L’Hexagone compte aujourd’hui une cinquantaine de sociétés dans ce secteur, toutes épaulées par des chercheurs. La plus cotée du moment, Pasqal, a notamment été cofondée par Alain Aspect, lauréat du prix Nobel de physique en 2022 pour ses travaux dans le domaine. 

Les deeptech comme celles-ci peuvent aussi compter sur le soutien de l’Etat. En 2021, le gouvernement a annoncé un plan quantique doté d’1,8 milliard d’euros sur cinq ans. « Le quantique est un domaine qui sera à l'origine de très fortes transformations, y compris économiques, et sur lequel, si nous ne sommes pas positionnés dans les cinq à dix prochaines années, il y aura un enjeu majeur de perte de souveraineté face à des pays qui, évidemment, investissent beaucoup dans ces domaines », soulignait l’Elysée. 

A l’heure actuelle, dans la pratique aucun ordinateur quantique n’a réussi à prouver sa supériorité face à un ordinateur classique, aussi bien en France qu’à l’étranger. En 2019, Google avait revendiqué « la suprématie quantique », en affirmant avoir fait en trois minutes un calcul qui aurait demandé plus de 10 000 ans à un supercalculateur classique. Mais cette affirmation a été contestée, notamment parce que le calcul en question n'a servi à rien d'autre que de remporter cette victoire.  

L'informatique quantique ouvre un avenir prometteur, où les limites actuelles de l'informatique classique pourraient être repoussées. Bien que nous en soyons encore aux premières étapes, les progrès réalisés jusqu'à présent sont extrêmement encourageants. Le quantum computing pourrait être une révolution technologique qui pourrait transformer profondément notre manière à tous de traiter l'information et résoudre des problèmes complexes de notre monde moderne. Pour cela, la France tient à ne pas se laisser distancer par ses pairs. En juin dernier, Quandela, la startup française spécialisée dans la photonique quantique ouvre la première usine de production d'ordinateur quantique en Europe en s’implantant à Massy en Essonne. Projet largement soutenu par le gouvernement car il injecte 9,5 millions d’euros par le biais de Bpifrance dans le cadre de l’appel à projet "Première Usine" du plan France 2030.