L'informatique quantique (nous devrions plutôt parler de "calculation quantique" car nous somme actuellement très loin d'un système d'entrée/sortie) est un exemple royal de l'utilisation des spécificités des modèles théoriques de la physique quantique pour le traitement et la transmission de l'information.
Toutefois il faut aussi se rappeler que le comportement des transistors gravés sur la puce de votre ordinateur n'a pu être imaginé en 1947 par Bardeen, Brattain et Shockley qu'à partir de leurs connaissances en physique quantique. Donc la totalité de nos appareils électroniques fonctionnant déjà sur la base de semi-conducteurs fonctionnent à l'aide de développements obtenus grâce à la physique quantique.
La grande nouveauté, depuis le début des années 1980, est la possibilité pour les physiciens de manipuler et d'observer des objets quantiques élémentaires individuels : photons, atomes, ions, etc. C'est cette possibilité de manipuler et d'observer des objets quantiques élémentaires qui est à l'origine de l'information quantique, où ces objets quantiques élémentaires permettront de construire physiquement les qubits. Cela dit, aucun concept fondamentalement nouveau n'a été introduit depuis les années 1930, et les pères fondateurs de la physique quantique (Heisenberg, Schrödinger, Dirac, Planck, Einstein,…), s'ils ressuscitaient aujourd'hui, ne seraient pas surpris par l'informatique quantique, même s'ils seraient sûrement éblouis par les prouesses des expérimentateurs qui réalisent aujourd'hui des expériences qualifiées à l'époque de "gedanken experiment" (expérience imaginaire).
Il vaut aussi la peine de signaler que la miniaturisation croissante de l'électronique va trouver ses limites en raison des effets quantiques, qui vont devenir incontournables en dessous du nanomètre. Ainsi, nous estimons que la loi de Moore (hypothèse selon quoi la puissance de calcul des machine double à peu près tous les 18 mois) pourrait ne plus être valable d'ici 2015-2020.
Il est fort à parier que la mode de l'étude de la physique quantique et son application à l'informatique quantique (et l'électronique quantique et la télecommunication quantique) va exploser dans les décennies à venir (surtout vers la fin du 21ème siècle). Ainsi, les écoles d'ingénieurs intégreront presque dans tous les domaines la physique quantique dans les programmes scolaires. Ce que les physiciens étudient depuis bientôt déjà presque 100 ans dans leur cursus.
Avant de passer au côté formel, nous avons jugé cependant intéressant un côté vulgarisé car nous avons remarqué que cela aide à comrprendre les calculs qui seront fait par la suite.
Dans les années 70 et 80, les premiers ordinateurs quantiques naissent par retournement dans l'esprit de physiciens tels que Richard Feynman, Paul Benioff, David Deutsch ou Charles Bennett. L'idée de Feynman était Au lieu de nous plaindre que la simulation des phénomènes quantiques demande des puissances énormes à nos ordinateurs actuels, utilisons la puissance de calcul des phénomènes quantiques pour faire plus puissant que nos ordinateurs actuels.
Longtemps les physiciens ont douté que les calculateurs quantiques utilisables puissent exister, et même que nous puissions en faire quelque chose de viable s'ils existaient. Mais :
- En 1994, Peter Shor, un scientifique d'AT&T montre qu'il est possible de factoriser des grands nombres dans un temps raisonnable à l'aide d'un calculateur quantique. Cette découverte débloque brusquement des crédits.
- En 1996, Lov Grover, invente un algorithme basé sur les calculateurs quantiques permettant de trouver une entrée dans une base de données non-triée.
- En 1998, IBM est le premier à présenter un calculateur quantique de 2 qubits (pour "Quantum Bit").
- En 1999, l'équipe d'IBM utilise l'algorithme de Grover pour la recherche quantique rapide sur une base de données (quantum database search ) sur un calculateur de 3 qubits et battent leur record l'année suivante avec ordinateur de 5 qubits.
- En 2001, IBM crée un calculateur quantique de 7 qubits et factorise le nombre 15 (!) grâce à l'algorithme de Shor. Les ordinateurs à 7 qubits sont bâtis autour de molécules de chloroforme et leur durée de vie utile ne dépasse pas quelques minutes.
- En 2007, la compagnie Canadienne D-Wave lors d'une démonstraiton a présenté un ordinateur quantique à 16 qubits.
La mémoire d'un ordinateur classique est faite donc de bits. Chaque bit porte soit un 1 soit un 0 (mode bipolaire). La machine calcule en manipulant ces bits. Un calculateur quantique travaille sur un jeu de qubits. Un qubit peut porter soit un un, soit un zero, soit une superposition d'un un et d'un zéro (ou, plus exactement, il porte une distribution de phase). Le calculateur quantique calcule en manipulant ces distributions comme nous le verrons dans les détails plus loin.
Source: sciences.ch voir l'article
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