Rejoignez-moi pour un voyage qui nous fera passer du domaine de la réalité telle que nous la connaissons à un monde où un chat peut être à la fois mort et vivant, et où une particule peut se trouver à deux endroits à la fois. Attachez vos ceintures pour explorer le monde fascinant de l’informatique quantique et son rôle dans le cloud.
Nous nous pencherons sur la magie des qubits, jetterons un coup d’œil au paradoxe le plus célèbre de Schrödinger et aborderons même le gros éléphant dans la pièce :
Les ordinateurs quantiques remplaceront-ils nos chers ordinateurs classiques ?
En cours de route, nous verrons comment les géants de la technologie surfent sur la vague quantique et comment le cloud joue un rôle dans l’accessibilité de l’informatique quantique pour tous. Que vous soyez un informaticien chevronné ou un esprit curieux désireux de se plonger dans le monde quantique, vous trouverez ici de quoi vous satisfaire.
Prêt à faire un bond en avant ? Plongeons dans l’aventure !
Informatique quantique et informatique classique
Dans le vaste univers de l’informatique, deux espèces distinctes coexistent : l’informatique classique (le vieux garçon) et l’informatique quantique (le jeune éblouissant).
L’informatique classique est le domaine familier de la société moderne. C’est binaire, déterministe, traitant de uns et de zéros. C’est comme tirer à pile ou face : c’est soit pile, soit face, soit un, soit zéro. Même si nous parlons de générer de l’aléatoire sur des ordinateurs classiques, nous utilisons toujours des générateurs de nombres pseudo-aléatoires (avec une graine qui peut être utilisée pour régénérer ce résultat « aléatoire »), tout simplement parce que le vrai aléatoire n’existe pas dans notre monde.
Dieu ne joue pas aux dés avec l’univers ,
a dit un jour Albert Einstein. Mais avait-il raison ?
Eh bien… En fait, il s’est trompé !
Et cela a été prouvé par de nombreuses expériences basées sur le théorème de Bell. Il existe une source profonde de hasard lorsque nous observons notre univers à l’échelle quantique (échelle des particules élémentaires telles que les photons, les électrons, etc.) L’informatique quantique – une créature exotique qui a évolué sur la base de la mécanique quantique – ne suit pas les règles de la physique classique et le caractère aléatoire des particules quantiques est au cœur de son fonctionnement.
Dans le domaine quantique, cette pièce de monnaie peut tomber sur pile, face ou les deux à la fois !
Oui, vous avez bien lu, les deux en même temps ! C’est comme avoir le beurre et l’argent du beurre – un phénomène connu sous le nom de superposition. Cette rupture fondamentale avec la logique binaire ouvre les circuits quantiques à un monde de possibilités, ce qui fait de l’informatique quantique un changement de donne dans le domaine de l’informatique.
Qu’est-ce que l’informatique quantique ? Commençons par les bases
L’informatique quantique est vraiment complexe, car elle est basée sur la mécanique quantique – le domaine le plus compliqué de la physique, mais ne vous inquiétez pas. Je ne vais pas vous jeter dans le grand bain sans vous avoir donné un bref aperçu de l’information quantique et une introduction aux principes de base.
Les bits quantiques ou « qubits » sont au cœur de l’informatique quantique. Contrairement aux bits binaires de l’informatique classique (qui peuvent être soit un, soit zéro), les qubits peuvent se trouver dans une superposition d’états, ce qui signifie qu’ils peuvent se trouver dans plusieurs états à la fois. C’est là que la magie commence. Lorsqu’un qubit est en superposition, nous ne connaissons pas sa valeur tant que nous ne l’avons pas mesurée. Lorsqu’un qubit est en superposition, sa valeur potentielle est reflétée par les probabilités d’effondrement dans un état donné. Lors de la mesure (lecture de la valeur), le qubit « s’effondre » à 0 ou 1, ce qui signifie que le qubit devient un bit classique traditionnel avec une valeur bien définie.
Par exemple, un qubit peut avoir 50 % de chances de s’effondrer à 0 et 50 % de chances de s’effondrer à 1 (la superposition la plus aléatoire que l’on puisse obtenir pour un seul qubit).
Mais nous pouvons aussi avoir un qubit qui a 95 % de chances de s’effondrer en 0 et seulement 5 % de s’effondrer en 1. Cela signifie que le qubit représentera presque toujours 0, mais qu’il deviendra parfois (précisément dans 5 % des cas) 1.
Un autre aspect fascinant de la mécanique quantique (et un élément très important pour l’informatique quantique) est l’intrication. Lorsque des qubits sont intriqués, l’état d’un qubit reflète instantanément l’état quantique d’un autre, quelle que soit la distance qui les sépare. Cette étrange corrélation, qu’Einstein a fameusement appelée « action fantomatique à distance », permet aux qubits de fonctionner ensemble d’une manière que les bits classiques ne peuvent tout simplement pas. Une fois de plus, Einstein s’est trompé, car l’intrication est une réalité prouvée expérimentalement, bien que nous n’ayons absolument aucune idée de son fonctionnement. Mais en fin de compte, ce qui est important, c’est que nous puissions « connecter » des qubits entre eux.
Passons maintenant au cœur de l’informatique quantique : imaginez que vous puissiez manipuler les probabilités de l’état d’un qubit de manière contrôlable afin que les qubits s’effondrent dans l’état désiré (solution de calcul quantique). Cela est possible grâce à l’interférence quantique et c’est la sauce secrète qui rend les algorithmes quantiques possibles. Ensemble, la superposition, l’intrication et l’interférence (qui permet la création de portes logiques quantiques) sont à l’origine du potentiel de l’informatique quantique, qui permet de résoudre des problèmes complexes actuellement hors de portée des ordinateurs classiques.
Comment les principales plateformes cloud facilitent l’informatique quantique ?
L’informatique quantique n’est plus confinée aux laboratoires de recherche des physiciens quantiques. Les principaux acteurs technologiques se lancent dans la course à l’informatique quantique, en apportant la puissance de l’informatique quantique au cloud. IBM, pionnier de l’informatique classique et quantique, réalise des avancées significatives avec son initiative IBM Quantum. Elle a mis au point une série d’ordinateurs quantiques, accessibles gratuitement via le cloud IBM, qui repoussent les limites de ce qui est possible avec les ordinateurs numériques.
Qiskit d’IBM, un cadre d’informatique quantique à code source ouvert (open source), permet aux utilisateurs d’exécuter leurs programmes logiciels quantiques sur leurs appareils personnels et de les déployer sur les systèmes quantiques cloud d’IBM. Qiskit a effectivement démocratisé la programmation quantique, la rendant accessible à une nouvelle génération de passionnés. Que vous soyez chercheur, développeur ou éducateur, Qiskit vous offre tous les outils dont vous avez besoin pour explorer le domaine quantique.
Google Quantum AI travaille à la construction de processeurs quantiques et au développement de nouveaux algorithmes quantiques, dans le but d’exploiter la puissance de la mécanique quantique pour résoudre des problèmes complexes du monde réel. Microsoft n’est pas en reste avec Azure Quantum, qui s’efforce de démocratiser l’informatique quantique en offrant aux développeurs une plateforme d’accès au matériel quantique et à d’autres outils de développement de logiciels.
Amazon plonge également dans les eaux quantiques avec Amazon Braket, un service entièrement géré qui permet aux scientifiques et aux développeurs d’explorer, de créer et de tester des algorithmes quantiques. Ces géants de la technologie rivalisent pour créer les plateformes d’informatique quantique les plus puissantes et les plus accessibles, faisant ainsi passer le domaine de la théorie à la réalité.
Quantum dans le cloud : Applications actuelles et cas d’utilisation dans le monde réel
Les possibilités de l’informatique quantique commencent à prendre forme, en grande partie grâce au rôle central des fournisseurs de cloud. Toutefois, il est important de rester ancré dans la réalité actuelle. Si le potentiel est considérable, l’état actuel de l’informatique quantique présente encore des limites.
À l’heure actuelle, nous ne possédons pas de puces quantiques suffisamment grandes pour résoudre des problèmes à grande échelle. Nos machines quantiques n’en sont qu’à leurs débuts et nous commençons à peine à comprendre comment fabriquer des circuits quantiques pour en tirer le meilleur parti. La programmation quantique est actuellement un domaine hautement spécialisé qui exige une connaissance approfondie de la physique quantique. L’utilisation de portes quantiques pour manipuler les états des qubits est similaire à la programmation classique utilisant des portes logiques, mais à une échelle beaucoup plus complexe.
En outre, nous n’en sommes qu’au début du développement des algorithmes et des systèmes physiques nécessaires pour exploiter pleinement la puissance de l’informatique quantique. La disponibilité de l’informatique quantique sur des plateformes cloud constitue une avancée significative (d’autant plus que nous pouvons l’utiliser presque gratuitement !), rendant les ressources quantiques accessibles à la recherche et au développement, ce qui ne manquera pas d’accélérer les progrès dans ce domaine.
Les applications réelles de l’informatique quantique se profilent à l’horizon, et le cloud jouera sans aucun doute un rôle crucial dans la concrétisation de ces applications. Mais pour l’instant, nous posons encore les bases de l’avantage quantique et nous préparons à la révolution quantique.
L’informatique quantique et le chat de Schrödinger
Vous avez probablement entendu parler du chat de Schrödinger : une expérience de pensée qui est l’un des exemples les plus célèbres du monde étrange et merveilleux de la mécanique quantique.
Imaginez un chat dans une boîte avec une fiole de poison qui peut être brisée à un moment aléatoire – nous pouvons y parvenir en plaçant une substance atomique et un détecteur Geiger avec un déclencheur pour briser le verre de poison dès qu’il détecte des radiations. Nous savons que le rayonnement d’un atome est indéterministe – vous ne pouvez pas le prédire – et qu’il y a donc une chance sur deux que le poison soit libéré ou non.
Selon la physique classique, le chat est soit mort, soit vivant. Mais la mécanique quantique nous dit que le chat est à la fois mort et vivant jusqu’à ce que nous l’observions (ouvrions la boîte).
Cela est similaire à un qubit, où l’état quantique détermine l’état de superposition. Il peut se trouver dans plusieurs états à la fois jusqu’à ce qu’il soit observé ou mesuré, moment où il s’effondre en un seul état. C’est l‘essence même de l’informatique quantique. Nous pouvons manipuler des qubits pour qu’ils soient dans plusieurs états à la fois, effectuer des calculs sur eux dans cet état de superposition, puis observer le résultat de l’effondrement des qubits en un seul état. C’est comme si nous exécutions plusieurs calculs simultanément, ce qui explique l’énorme potentiel des ordinateurs quantiques.
L’algorithme de Shor et l’impact quantique sur la sécurité des données
Lorsque l’on parle du potentiel de l’informatique quantique à bouleverser les modèles traditionnels, cela n’est nulle part plus évident que dans le domaine de la sécurité des données. Un algorithme quantique mis au point par le mathématicien Peter Shor est au cœur de cette problématique. L’algorithme de Shor, conçu pour factoriser efficacement les grands nombres, a déjà fait des vagues dans le monde de la cryptographie.
La plupart des systèmes de cryptage modernes, tels que RSA, reposent entièrement sur le fait que même les super ordinateurs (classiques) les plus puissants mettent énormément de temps à factoriser les grands nombres. C’est ce qu’on appelle le problème de la factorisation des nombres entiers. Cependant, l’algorithme de Shor, lorsqu’il est exécuté sur un ordinateur quantique suffisamment puissant, peut résoudre ce problème exponentiellement plus rapidement que n’importe quel algorithme connu exécuté sur un ordinateur classique.
Cela ne signifie pas pour autant que notre sécurité en ligne est sur le point de s’effondrer. Les ordinateurs quantiques d’aujourd’hui ne sont pas assez puissants pour exécuter l’algorithme de Shor à une échelle qui menace les méthodes de cryptage actuelles. Toutefois, l’existence de cet algorithme a déclenché une ruée vers le développement de la cryptographie post-quantique. Ces méthodes de cryptage resteraient sûres même en cas d’attaque de l’ordinateur quantique.
L’informatique quantique remplacera-t-elle l’informatique classique ?
Il est essentiel de comprendre que les ordinateurs quantiques et classiques sont des machines fondamentalement différentes. Ils fonctionnent selon des principes totalement différents et sont conçus pour résoudre des types de problèmes différents. C’est précisément cette différence qui fait que l’idée que l’un remplace l’autre est un malentendu.
Il est plus juste de considérer l’informatique quantique et l’informatique classique comme des forces complémentaires. Il suffit de regarder l’algorithme de Shor, qui illustre la synergie entre un système quantique et l’informatique classique. Il se compose d’une partie classique et d’une partie quantique. La partie classique réduit le problème de la factorisation d’un grand nombre au problème de trouver la période d’une certaine fonction. La partie quantique résout ensuite ce problème de recherche de période en utilisant les principes de l’informatique quantique (la transformée quantique de Fourier pour être précis). Une fois la période trouvée, la partie classique reprend la main pour trouver les facteurs.
Cette relation symbiotique entre l’informatique quantique et l’informatique classique dans l’algorithme de Shor montre que les ordinateurs quantiques ne sont pas là pour remplacer les ordinateurs classiques. Ils sont là pour travailler à leurs côtés, chacun excellant dans son domaine de prédilection. En fait, les puces quantiques pourraient être considérées comme analogues aux GPU ou TPU des ordinateurs classiques – des unités de traitement spécialisées auxquelles des tâches spécifiques peuvent être déléguées. Si nous nous tournons vers l’avenir, nous pouvons nous attendre à un paysage informatique où diverses technologies informatiques, y compris le matériel informatique classique et quantique, coexistent et se complètent.
Le rôle de l’informatique quantique dans l’avenir du cloud
Le monde de l’informatique quantique en est encore à ses débuts, mais son impact potentiel sur le cloud est énorme. Imaginez que vous puissiez effectuer des calculs complexes en quelques secondes, résoudre facilement des problèmes d’optimisation ou simuler avec précision des systèmes quantiques. Sans parler de ce que l’on appelle l’intelligence artificielle quantique, qui exploite les propriétés de la mécanique quantique pour augmenter de manière exponentielle les capacités d’entraînement des réseaux neuronaux, ou, sous un autre angle, qui utilise l’IA et l’apprentissage automatique pour développer de nouveaux algorithmes quantiques tels que celui de Shor.
L’avenir de l’informatique quantique dans le cloud est prometteur, mais il est aussi incertain. De nombreux obstacles techniques doivent encore être surmontés avant que nous puissions disposer d’ordinateurs quantiques pratiques à grande échelle. Mais vu le rythme de la recherche et le montant des investissements dans ce domaine, la question n’est pas de savoir si l’informatique quantique transformera le « cloud », mais quand.
Alors que nous nous penchons sur l’avenir de la recherche en informatique quantique, une chose est sûre : nous sommes à l’aube d’une nouvelle ère. Une ère où nous pouvons exploiter la puissance de la mécanique quantique pour résoudre certains des problèmes les plus complexes au monde. Une ère où le chat de Schrödinger s’installe confortablement dans le cloud !