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Ordinateur quantique : 6. Introduction au fonctionnement de l’ordinateur quantique
Avec ce dernier article de la série, nous somme prêts à faire une incursion dans le monde de l’ordinateur quantique et de son fonctionnement.
L’origine de l’ordinateur quantique
Au début des années 1980, et vu les difficultés pour résoudre les équations quantiques de la théorie de la force nucléaire forte par des ordinateurs classiques, le physicien Richard Feynman propose de détourner la problématique en utilisant la mécanique quantique elle-même. Résoudre le mal par le mal.
Il fallait simuler efficacement le comportement d’un système quantique à l’aide d’autres systèmes quantiques. Autrement dit, il fallait utiliser le problème en tant que solution. Avec son idée, Feynman est donc un des précurseurs de l’ordinateur quantique. Ce genre d’ordinateurs est conçu pour des solutions spécifiques comme, par exemple, mieux comprendre les propriétés de certaines molécules et ainsi permettre de mieux synthétiser certains médicaments.
Le principe de fonctionnement de l’ordinateur quantique
Utiliser des calculs d’un ordinateur classique pour simuler le comportement d’un système quantique est limité. Avec un ordinateur classique, le temps croît exponentiellement avec la complexité du problème. Heureusement, cette croissance n’est que polynomiale pour un système quantique. Donc, théoriquement, un ordinateur quantique calcule plus rapidement qu’un ordinateur classique.
La logique de calcul de l’ordinateur classique est binaire, la base est donc soumise à la logique du tiers exclu, soit 1 soit 0. Avec l’ordinateur quantique la logique est liée au principe de superposition. Il y a donc plus de possibilités de calculs qu’avec la logique binaire. Rappelons qu’avec le principe de superposition, c’est une superpositions d’un très grand nombre d’états qui se fait en même temps. Si on projette cette propriété sur les états 1 et 0, nous pouvons obtenir les états 0, 1 et 1+0. L’ordinateur quantique fait donc un gain de temps avec ces calculs simultanés. Notre bit classique devient un qubit (bit quantique).
Le défi de l’ordinateur quantique
Pour faire un ordinateur quantique, il faut plusieurs qubits. Mais plus le nombre des qubits augmente, plus ceux-ci perdent leurs propriétés quantiques. Ce phénomène s’appelle la décohérence. C’est-à-dire que chaque qubit perd sa cohérence quantique et que l’ensemble des qubits se transforme en un objet classique déterministe. La superposition est détruite, et sans elle pas de calcul simultané.
Ce problème est actuellement au cœur des recherches. On arrive malgré tout à fabriquer, avec un nombre limité de qubits, des ordinateurs quantiques pour faire certaines simulations.
Les enjeux de l’ordinateur quantique
Toutes nos transactions financières et beaucoup de nos échanges de données sont conditionnés par le cryptage. Une donnée quelconque cryptée est protégée par un nombre très grand. C’est un produit de multiplication de deux grands nombres premiers. Le principe du cryptage utilisé est le suivant : une donnée est protégée par le produit de deux nombres entiers. La clé de cryptage est l’un de ces deux nombres, que vous envoyez au destinataire et qui s’en servira à déterminer le deuxième et à accéder à la donnée partagée. En revanche, le pirate informatique n’a lui accès qu’au nombre entier, sans cette clé, il doit essayer toutes les combinaisons possibles pour y accéder.
Avec l’informatique quantique, la factorisation en produit de nombres premiers se fait quasiment instantanément. Le premier pays qui parviendra à mettre au point un système viable aura un avantage stratégique considérable. Le problème est qu’ aujourd’hui, on ne connaît pas vraiment de méthode de cryptage qui permettrait de résister à un ordinateur quantique.
C’est un chantier primordial qu’il va falloir mettre en place. Si, à l’aide du principe de superposition, le calcul de l’ordinateur quantique permet de casser n’importe quelle cryptographie, la propriété de l’intrication peut aider à la réalisation d’une cryptographie quantique infaillible. L’intrication est un cadeau miraculeux de la théorie quantique qui nous sauve du piratage.
Conclusion
Nous avons, dans ce dernier article, apporté une idée sur le fonctionnement de l’ordinateur quantique. Une idée dont nous avions largement balisé le terrain avec nos cinq précédents articles.
Nous avons vu que si le principe de superposition permet la mise en place d’un ordinateur quantique avec des moyens de calcul sans aucune commune mesure avec l’ordinateur classique, il n’en demeure pas moins que cela pose des problèmes de cryptage et surtout de décohérence, ce qui fait perdre à un grand nombre de qubits leurs propriétés quantiques.
Enfin, nous avons noté que si le problème du cryptage peut être résolu avec la propriété de l’intrication, le problème de la décohérence demeure lui un chantier ouvert.