# Processeur quantique

Le processeur quantique est un type de processeur qui exploite les principes de la mécanique quantique pour effectuer des calculs bien plus rapidement que les processeurs classiques, en utilisant des qubits au lieu de bits classiques. Ces dispositifs sont encore en développement mais sont considérés comme l'avenir de l'informatique pour résoudre des problèmes qui seraient impossibles ou très longs à résoudre avec les ordinateurs traditionnels.

## Principe de fonctionnement

Contrairement aux processeurs classiques qui utilisent des bits pour représenter les données sous forme de 0 ou 1, les processeurs quantiques utilisent des qubits. Un qubit peut exister dans une superposition de plusieurs états à la fois, ce qui permet au processeur de réaliser des calculs en parallèle sur de multiples valeurs.
Les principes physiques à la base du calcul quantique incluent :
* La superposition, où un qubit peut être dans une combinaison de l'état 0 et 1 simultanément.
* L'intrication quantique, qui permet à deux qubits d'être fortement corrélés, de sorte que l'état de l'un influence l'état de l'autre instantanément, même à grande distance.
* La cohérence quantique et la décohérence, où les qubits conservent leurs propriétés quantiques pendant un certain temps avant que les effets extérieurs n'entraînent une perte d'information.

## Histoire et développement

Le concept de calcul quantique a été théorisé dans les années 1980 par des physiciens comme Richard Feynman et David Deutsch. La première expérience significative a été réalisée par Peter Shor, qui a montré en 1994 qu'un processeur quantique pourrait résoudre le problème de la factorisation des grands nombres, une tâche cruciale pour casser certains algorithmes de cryptographie.
Depuis lors, plusieurs entreprises et laboratoires de recherche ont investi dans le développement de processeurs quantiques, notamment IBM, Google et D-Wave.

### Moments clés

* 1994 : algorithme de Shor proposé pour factoriser des entiers en temps polynomial.
* 2001 : première démonstration de l'algorithme de Shor sur un ordinateur quantique à 7 qubits.
* 2019 : Google annonce avoir atteint la suprématie quantique, affirmant que son processeur quantique Sycamore a réalisé un calcul impossible pour les meilleurs superordinateurs en un temps raisonnable.

## Avantages des processeurs quantiques

Les processeurs quantiques promettent de résoudre certains types de problèmes beaucoup plus rapidement que les processeurs classiques. Parmi ces problèmes :
* La factorisation d'entiers, utilisée dans la cryptographie moderne.
* La simulation de systèmes moléculaires et de réactions chimiques complexes, qui pourrait révolutionner la chimie, les matériaux et la médecine.
* L'optimisation combinatoire et la recherche dans des bases de données non triées, avec l'algorithme de Grover.

## Défis de la technologie quantique

Malgré les progrès significatifs, la construction d'un processeur quantique pleinement fonctionnel et stable reste un défi majeur. Parmi les difficultés :
* La décohérence, où les états quantiques des qubits se dégradent rapidement en raison des interférences extérieures.
* Les erreurs dues au bruit et aux interactions parasites, nécessitant des techniques complexes de correction d'erreurs quantiques.
* La fabrication de qubits stables et leur mise à l'échelle pour des systèmes comprenant des centaines, voire des millions de qubits.

## Suprématie quantique

La suprématie quantique désigne le point où un processeur quantique surpasse les capacités des ordinateurs classiques pour résoudre un problème donné. En 2019, Google a affirmé avoir atteint cette étape avec son processeur Sycamore, capable d'effectuer en 200 secondes un calcul qu'un superordinateur classique aurait mis environ 10 000 ans à réaliser.
Cependant, cette affirmation a suscité des débats, certains chercheurs estimant que les problèmes résolus par le processeur Sycamore n'ont pas d'applications pratiques immédiates, et que des superordinateurs classiques pourraient encore être améliorés pour rivaliser sur ces types de calculs.

## Applications potentielles

Les domaines où les processeurs quantiques pourraient avoir un impact majeur incluent :
* La cryptographie : les processeurs quantiques pourraient briser les algorithmes de chiffrement traditionnels, mais ils pourraient aussi conduire à la création de nouvelles méthodes de cryptage quantique inviolables.
* La chimie quantique : simulation précise des interactions moléculaires complexes, avec des applications en médecine, matériaux et énergie.
* L'intelligence artificielle : certaines techniques de machine learning pourraient être accélérées par des algorithmes quantiques.
* La logistique et la recherche opérationnelle : optimisation de systèmes complexes comme les réseaux de transport ou la gestion des stocks.

## Principaux acteurs du domaine

Parmi les entreprises et institutions majeures travaillant sur les processeurs quantiques, on trouve :
* IBM avec ses processeurs IBM Q.
* Google et son processeur Sycamore.
* D-Wave, pionnier des processeurs quantiques adiabatiques.
* Intel, qui développe des qubits à base de silicium.