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Accueil du site > Actualités > Technologies > Info ou Intox ? Le premier ordinateur quantique

Info ou Intox ? Le premier ordinateur quantique

Le 13 février, la start-up canadienne D-Wave a présenté le premier ordinateur quantique, et l’a utilisé pour résoudre quelques problèmes de Sudoku. La communauté scientifique attend plus de détails pour se prononcer. Mais qu’est-ce qu’un ordinateur quantique ?

Toutes les disciplines ont leurs "figures imposées", des thèmes qui reviennent à la fin de chaque publication sous la forme : Notre découverte est un pas important vers..., généralement dans le but de justifier l’argent utilisé. En biologie, c’est la lutte contre le cancer, en neurosciences, c’est la maladie de Parkinson qui tient la corde, et en physique, le must, c’est l’ordinateur quantique.

Eh bien, une start-up fondée en 1999, D-wave, a annoncé il y a quelques jours avoir réalisé le premier ordinateur quantique. Ce pas de géant technologique suscite l’enthousiasme, mais la communauté scientifique attend d’en savoir un peu plus sur le plan technique pour se prononcer.


Alors, de quoi parle-t-on, quand on dit ordinateur quantique ? Qu’est-ce que ça va apporter, quels sont les problèmes à résoudre ? Parler d’ordinateur quantique conduit rapidement vers des concepts de physique très compliqués, mais je vais essayer de rester aussi clair que possible.

La première idée importante en physique quantique, c’est que les propriétés des systèmes (atomes, électrons) sont quantifiées (d’où le mot quantique, bien sûr). Par exemple, l’énergie d’une particule confinée dans un puits ne peut appartenir qu’à un ensemble discret de niveaux, plutôt qu’à l’ensemble continu dont nous avons l’habitude à notre échelle. Une analogie à notre échelle serait de dire que vous ne pouvez pas placer une pomme à n’importe quelle hauteur, mais seulement par terre, sur le tabouret ou sur la table. Une propriété quantifiée souvent utilisée dans la recherche sur l’informatique quantique est le spin (une propriété purement quantique) qui ne peut prendre, pour un électron, que les valeurs +1/2 ou -1/2. Une notation abrégée est + ou-, mais l’on pourrait tout aussi bien parler de 0 et de 1 comme en informatique classique.



Une deuxième idée est la superposition d’états. Le chat quantique de Schrödiger peut être à la fois vivant et mort, le spin peut être à la fois + et -. Seule la mesure, qui donne + ou - avec une certaine probabilité pour chaque, permet de lever l’ambiguïté. Par analogie avec un bit d’information (1 ou 0), cet état intriqué (+ avec la probabilité p+,-avec la probabilité p-) est appelé q-bit. C’est la première raison d’être intéressé par l’informatique quantique : l’information n’est plus limitée à deux valeurs, mais peut s’établir dans un continuum.

Troisième idée dont nous devons parler dans ce tour d’horizon à marche forcée de la physique quantique, l’intrication. Quand je prépare un couple d’électrons, ou plus généralement un couple de q-bits, j’ai accès à quatre états : les états ++, —, + pour l’un et - pour l’autre, et inversement, que l’on peut noter +- et -+. Par superposition, il est alors possible de créer la paire dans un état dit intriqué, +- ET -+ (voire même +- ET-+ ET ++ ET—), chacun avec une probabilité associée. On touche ici à un des paradoxes les plus subtils de la mécanique quantique, le paradoxe EPR. Mais pour ce qui nous intéresse ici, l’ordinateur quantique, il faut se rendre compte que ces états sont des flux d’information, capables de subir en parallèle des opérations.

En effet, supposons qu’il soit possible de lire les q-bits, et de réaliser des opérations sur ceux-ci. Par exemple, il faut imaginer un processeur capable de lire —+ et -+- (1 et 2 en binaire) et d’émettre -++ (3) en sortie : il serait capable de faire des additions. Cette opération, qui n’est pas une mesure mais une évolution physique, s’applique à tous les états intriqués en même temps. Ainsi, la spécificité de l’ordinateur quantique est de présenter une puissance de calcul augmentant avec le nombre d’états disponibles, c’est-à-dire exponentiellement avec le nombre de q-bits utilisés.

Les applications de cette puissance de calcul se trouvent dans les problèmes dits "NP" (problème non-déterministe polynomial), dont la complexité augmente elle aussi exponentiellement avec la taille du système. Presque toutes les sciences présentent ce type de problèmes : dynamique chaotique, analyse de données, structure des protéines, cassage de codes... Notons toutefois que les contraintes, dont je vais parler, qui pèsent sur l’architecture de l’ordinateur quantique, font qu’il sera probablement moins performant qu’un ordinateur classique dans un grand nombre de tâches usuelles.

Après avoir vu les enjeux, passons aux obstacles, et essayons de voir comment D-Wave les a, semble-t-il, résolus.

Les premiers sont de nature physique : il faut concevoir des moyens de manipuler des atomes ou des électrons, et de lire et d’écrire leurs états quantiques. Ce n’est pas une mince affaire, mais de nombreux groupes de recherche travaillent dessus, et quelques techniques ont été proposées. D-Wave utiliserait une puce appelée Orion, capable de manipuler 16 q-bits (le précédent record était de 7), couplée avec une architecture traditionnelle qui simplifierait le travail des concepteurs.


Ensuite, il faut éviter à tout prix la décohérence : à la moindre interaction avec l’environnement, le paquet de q-bits se désolidarise, chaque q-bit redevient indépendant. Au lieu de +- et -+, on se retrouve avec +et- et -et+, et il devient impossible de faire des calculs sur ces éléments indépendants. Orion, qui est refroidi à l’hélium liquide, fait circuler ses électrons dans du niobium rendu supraconducteur par un refroidissement à l’hélium liquide : on est encore loin des conditions grand public.

Enfin, il faut aussi résoudre la difficulté logicielle. Inventer des algorithmes massivement parallèles n’est pas une tâche aisée, ne serait-ce que parce que tout le travail depuis les origines de l’informatique a toujours porté sur de l’information séquentielle. Mais ce qui est déjà difficile avec la programmation parallèle est encore compliqué par une contrainte supplémentaire sur les algorithmes quantiques : la nécessité de produire un résultat déterministe à partir de hasard. En effet, la mesure du résultat se fait aléatoirement entre tous les états : il faut donc soit que les calculs sur les états imbriqués arrivent au même résultat, soit répéter de nombreuses fois la mesure et retenir la réponse la plus probable. A cause de cette contrainte, très peu d’algorithme "quantiques" existent actuellement, et sont surtout adaptés aux problèmes utilisant peu d’entrées et de sorties, mais présentant beaucoup de complexité entre les deux. Il semble que D-Wave utilise une technique appelée « calcul quantique adiabatique », inventée par Seth Lloyd, un professeur du MIT, et qui permette justement de gérer ces phénomènes complexes. Cette technique n’a pas été complètement validée scientifiquement, ce qui explique la réserve de la communauté scientifique, en plus du fait que D-Wave garde secrets les éléments techniques d’Orion.

Il semble bien que les capacités des informaticiens à utiliser un ordinateur quantique soient tout aussi limitées que celle des physiciens à le construire. La prouesse de D-Wave doit donc être jugée à cette aune : avoir réalisé ce que tout le monde attendait pour dans dix ou vingt ans, en concentrant des idées novatrices pour surmonter des obstacles autrefois jugés insurmontables. Les enjeux sont si formidables qu’il est difficile d’imaginer les révolutions qu’un tel outil pourrait permettre dans le monde scientifique. Si la validité de la technologie employée est confirmée avec le temps, il faudra se souvenir du 13 février comme de la première démonstration publique d’un ordinateur quantique !


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37 réactions à cet article    


  • romain (---.---.10.200) 19 février 2007 11:03

    Si c’est verifié c’est un pas de géant dans l’informatique mais il faut se méfier des annonces...


    • Forest Ent Forest Ent 19 février 2007 11:20

      Cet article intéressant présente bien le sujet et, de manière raisonnable, les doutes que l’on peut avoir sur cette annonce. Nous en saurons plus dans peu de temps.

      Il ne faudra effectivement peut-être pas dix ans pour obtenir ce résultat, mais il faudra baucoup plus pour faire tourner Vista là-dessus. smiley


      • 1984 (---.---.203.45) 19 février 2007 11:42

        Très bon article, assez clair pour être compréhensible pour l’utilisateur lambda (Bien que j’avoue que j’aie dû lancer une ou deux petites recherches complémentaires sur Wikipédia smiley)

        Dommage que vous ne parliez pas plus des applications concrètes de cette nouvelle technologie dans l’informatique quotidienne. Je pense en effet que des exemples sont plus démonstratifs.


        • Matthieu 19 février 2007 16:22

          Le problème est que les applications aux problèmes NP, voire NP-complets, sont très vastes, mais que les algorithmes « quantiques » capables potentiellement d’utiliser cette nouvelle technologie, sont plus limités : factoratisation des grands nombres, recherche dans une liste non triée, logarithme discret...

          faut-il parler des applications potentielles, ou des applications potentiellement potentielles ? smiley


        • djidjo31 (---.---.54.234) 19 février 2007 11:54

          Merci pour cet article sur l’ordinateur quantique qui fait figure de « graal » de l’informatique, permettant de décupler la puissance de calcul. Ce concept laisse à penser qu’il sera bientôt possible de manier les nombres premiers avec plus d’aisance (les nombres premiers sont garants de la sécurité des cryptages informatiques)... ce qui peut être une bonne comme une mauvaise chose


          • luc (---.---.68.65) 19 février 2007 13:03

            tout à fait, si la sécurité des transactions n’est plus assurée, c’est catastrophique pour le système banquaire, pour le e-commerce et bien d’autres secteur de l’informatique qui utilisent les clefs de cryptage (RSA, par ex).

            Je pense que cette annonce relève de l’extrapolation de vérité constatée dans un labo. mais bon, si les ordi quantiques peuvent être disponibles, il y a toujours moyen de crypter en utilisant des algorithmes conçu pour des ordi quantiques.

            Mais cela demanderai du temps et énormément d’argent pour toute société/pays voulant sécuriser ses transactions.

            On rentrerai dans une période où plus personne ne pourrait avoir confiance dans le e-commerce (au sens large). blocage des banques, etc...

            Bref, à la réflexion, j’espère que cette annonce est vrai, ça va être drole.


          • (---.---.208.241) 19 février 2007 13:33

            « Bref, à la réflexion, j’espère que cette annonce est vrai, ça va être drole. »

            ouais, des millions de gens au chomage ca va être drole. C’est beau la démocratie, ca permet à des gens comme cela de s’exprimer.


          • mendiante est (---.---.209.96) 19 février 2007 14:22

            on ne peut pas empecher le progres


          • Matthieu 19 février 2007 16:27

            En fait, les algorithmes capables de crypter les communications de maniere absolue (possibles à lire, mais impossible à lire sans montrer aux communiquants qu’ils sont espionnés) sont disponibles. Ils requierent, cependant, des communications d’états intriqués, ce qui est facilement réalisable à petite échelle, un peu plus dur en pratique.

            Et je crois aussi que des algorithmes de cryptage utilisant l’ordinateur quantique ont été développés, mais je n’ai pas réussi à trouver de sources pour confirmer cela.


          • Sarro Philippe (---.---.124.107) 19 février 2007 16:33

            Il y a les travaux d’Alain Aspect sur la cryptologie quantique.

            Pour voir sa conférence à l’UTLS sur le sujet http://www.canalu.fr/canalu/chainev2/utls/programme/214_les_tests_et_effets _de_la_physique_quantique/


          • slashbin 19 février 2007 17:35

            Voir surtout les travaux de Gilles Brassard, de l’Université de Montréal (http://www.iro.umontreal.ca/ brassard/). C’est un des chercheurs les plus actifs en cryptologie quantique (il en a établi les fondements avec Bennett), et est considéré par plusieurs comme tout simplement le père de l’informatique quantique.


          • luc (---.---.68.65) 19 février 2007 17:50

            pour mémo, avant les clefs RSA & coe, les transactions interbancaires étaient sécurisées via des personnes physiques qui se déplaçaient pour donner une partie de la clef de décodage. C’était archaïque, mais cela à fonctionné pendant très longtemps.

            Votre conception de la démocratie ne semble pas compatible avec le second degré. Dommage pour vous. La possibilité de s’exprimer, c’est justement un point clef de la démocratie.  smiley


          • Alain1 (---.---.64.171) 19 février 2007 12:39

            Je suis sur que c’est complètement bidon et que leur ordinateur quantique n’existe que dans leur tête. Probablement un coup pour lever du fric.


            • Ontologiae 19 février 2007 13:08

              Merci pour cet article très clair.

              Juste préciser que si, effectivement, l’ordinateur quantique permettrait de résoudre des problèmes nécessitant quelques siècles de calculs, on a pas encore prouvé que P = NP (ou l’inverse d’ailleurs). Autrement dit, on ne sait pas si l’ont peu récrire un algorithme prenant un temps de calcul exponentielle en algorithme polynomial, soit plus simple et « rapide » à calculer.


              • Matthieu 19 février 2007 16:28

                C’est vrai. Mais l’ordinateur quantique permet(trait) de rendre cette question un peu obsolète, en offrant des possibilités de calcul elles aussi exponentielles.


              • Helios (---.---.188.79) 19 février 2007 13:27

                Excellent...

                Etant en veine de comparaison, cette machine me semble un peu comme une Ferrari, une bête d’exception !

                En effet, au dela de sa « prototypitude », qui rapelle un langage franco-français actuel, et comme la Ferrari, il lui faut construire une excellente autoroute pour s’en servir, mettre à bord un pilote et surtout, surtout décider du voyage.

                La retombée scientifique est incontestable. L’usage au quotidien de ce type de système n’a a priori aucun avenir tant que la technologie ne permettra pas d’en construire des exemplaires vulgairement adaptés a nos conditions courantes, c’est à dire notre poche (au sens large de nos labos) ! Gageons que d’excellents ingenieurs s’attelleront à atteindre cet objectif.

                Nous profiterons alors de DRM incraquables, d’une possibilité de ficher les 6 milliards d’humains plus les chiens, chats, vaches et cochons RFIDés sans risque de confusion et surtout, grace à son incroyable capacité à resoudre des situations inextriquablement complexes, nous pourrons prevoir que Mohamed, 10 ans, habitant dans un gourbi d’Alger, par exemple, est le futur kamikaze du Golden Gate dans 7 ou 8 ans. Rien que ça va justifier les recherches.

                Trève de plaisanterie, comment ne pas être sceptique, critique face aux pssibilités de telles avancées et des usages possibles... mais comment ne pas etre admiratif non plus, voire un peu jaloux que cela ne se passe pas chez nous !

                que de dilemnes, tiens pour un bon sujet au bac de philo, la science et la conscience....

                Merci à l’auteur.


                • jamesdu75 jamesdu75 19 février 2007 15:07

                  « Nous pourrons prevoir que Mohamed, 10 ans, habitant dans un gourbi d’Alger, par exemple, est le futur kamikaze du Golden Gate dans 7 ou 8 ans. Rien que ça va justifier les recherches. »

                  Faut pas abuser non, ca calcul vite mais ca lit pas dans les boules crystal. Par contre je peux te dire l’avenir, c’est qu’il y aura beaucoup plus de cons bientot (forcement on sera plus c proportionnel)

                  Sinon le jour ou ce sera miniaturisé les application qu’on imagine pas existeront.


                • Matthieu 19 février 2007 16:33

                  comme l’a fait remarquer Tom Roud en commentaire sur mon blog, les applications grand public sont limitées par le problème de la décohérence, liée ici aux matériaux supraconducteurs. Et la supraconductivité à température ambiante se dérobe aux efforts des physiciens ! Par contre on s’achemine peut-etre vers des serveurs quantiques au temps de calcul partagé en ligne (comme lors de la demonstration d’orion, d’ailleurs)


                • Matthieu 19 février 2007 16:34

                  Chers lecteurs,

                  dans la partie sur l’addition par le processeur quantique, il faut garder à l’esprit qu’il s’agit des probabilités associées aux états d’entrée et de sortie qui évoluent. Ainsi, lors de la mesure, c’est l’état représentant la somme qui serait le plus probable.

                  Je n’étais pas très clair et je préfère préciser.


                • Félix le Chat (mort ou vif) (---.---.142.164) 19 février 2007 15:15

                  Le chat de Schrödinger, hein ? J’ai essayé de refaire l’expérience, mais j’ai eu de graves ennuis avec la SPA.

                  Alors il m’est venu une idée.

                  Il suffit de jouer à pile ou face avec une pièce où est collé le dessin d’un chat vivant coté face, d’un chat mort côté pile. A tous les coups (c’est comme la tartine de confiture), la pièce roule sous un meuble.

                  Pile ou face ? Chat mort ou chat vivant ?

                  Pas moyen de savoir avant d’avoir récupéré la pièce. Faut aller chercher un manche à balai. Et que je te fourgonne sous le meuble pour essayer de récupérer c’te putain de pièce !

                  Ah, quand même, ça y est, je l’ai eue, ben il était temps ! Mais euh... un instant... est-ce que ne l’aurais pas faite se retourner, en la touillant comme un beau diable dans tous les azimuths avec mon manche à balai ?

                  C’est pis qu’une superposition d’états. Le sou quantique de Félix le Chat est encore plus fort que le chat de Schrödinger qui peut être à la fois vivant et mort, car non seulement le sou de Félix peut être lui aussi à la fois pile et face, mais encore on ne le saura jamais !

                  A vot’ bon coeur M’sieurs-Dames, un p’tit million d’euros pour me permettre de fabriquer mon ordinateur quantique Félix le Chat, les dividendes vous l’rend’ront !


                  • schroen (---.---.175.112) 19 février 2007 16:55

                    Je signe ou ?


                  • Bill Bill 19 février 2007 16:58

                    Salut Schroen !

                    Alors, tu as relevé mon adresse ? Tu m’avais demandé, c’est billagora@voila.fr

                    Bien à toi

                    Bill


                  • nikles007 19 février 2007 15:35

                    J’avais déjà entendu parler des processeurs quantiques il y a quelques années, voila bien résumé l’ensemble de ses avantages, inconvénient et limites actuelles à un tel processus.


                    • Sarro Philippe (---.---.124.107) 19 février 2007 16:05

                      Pour les algorithmes quantique voir David Deutsch (l’étoffe de la réalité). Sinon il faudrait plutôt parler des chatons de Shroedinger (voir les travaux de Serge Haroche), quand aux qbits le record officiel actuel est de 7 condensats de Bose-Einstein (particules dans le mêmes états quantique) à des températures de quelques micro kelvin seulement. Passer à 16 qbits me semble douteux, faut attendre la confirmation.


                      • ZeusIrae (---.---.209.130) 19 février 2007 16:09

                        Merci d’attirer l’attention sur cette nouvelle,nous verrons bientot si c’est vrai ou non.

                        L’ordianteur quantique est une idée qui me fascine.Si un jour on reussi à en construire ça sera amusant de decouvrir les consequences.


                        • Sarro Philippe (---.---.124.107) 19 février 2007 16:46

                          Voici ci dessous un plaidoyer pour la recherche en Europe sur l’ordinateur quantique fait par la revue en ligne Automates intelligents.

                          http://www.admiroutes.asso.fr/europepuissancescientifique/ordiquant.htm


                          • L'enfoiré L’enfoiré 19 février 2007 17:19

                            @L’auteur,

                            Merci, pour cet article qui m’a ouvert de nouveaux horizons de confirmation physique à la théorie.

                            Etant informaticien depuis près de 40 ans, j’ai toujours appris que la dichotomie basé sur l’idée et l’algèbre Boolienne du binaire était la seule voie possible. +&+=+,+&-=- .... Pour « alléger » le concept, on parlait toujours de porte ouverte ou fermée et puis basta...

                            Par boutade ou controverse, on pensait, très justement et avec le sourire en coin, à la porte entrouverte. Et voilà, qu’elle sort en théorie après une existence de toujours par la pratique.

                            L’éclaircissement par la vulgarisation n’est pas encore parfait pour l’utilisateur de l’informatique de passage.

                            Il faudrait demander à Hubert Reeves de trouver le fil à couper le beurre qui illuminerait tout esprit.

                            De toute manière, très bon article qui va m’obliger à retourner à mes chères études sur internet pour me familiariser avec cet oeuf de Colomb du 21ème siècle. A+ smiley


                            • Matthieu 19 février 2007 17:26

                              Votre commentaire me fait extremement plaisir. C’est pour des gens comme vous, interesses par la decouverte de nouveaux concepts, que j’ecris. La vulgarisation est un art difficile, et je pretends pas etre au niveau d’Hubert Reeves - et il a plus de place dans ses livres que moi dans mes articles. Mais on y travaille smiley

                              Les differents liens de l’articles, en particulier ceux pointant vers wikipedia, vous aideront peut-etre a approfondir le sujet.


                            • L'enfoiré L’enfoiré 19 février 2007 19:48

                              @L’auteur,

                              Et bien j’y suis allé chez Matthieu. Quand on me demande gentiment, je m’exécute. Mais je ne suis pas parvenu à entrer ce message.

                              L’article Agoravox donnait l’eau à la bouche. Y-a-t-il une adresse encore plus explicite. Un cours d’algèbre quantique par exemple, ça changerait. J’aime les nuances et pas trop les principes dogmatiques. Le 0 et le 1, ça commençait vraiment à bien faire. Je suis très proactif avec la nouveauté. Mais ça tu l’as compris. A+

                              L’Enfoiré vagabond d’Agoravox


                            • Matthieu 19 février 2007 20:12

                              Je me demande pourquoi vous n’avez pas pu entrer de commentaires. peut-etre bloquez-vous les pop-up ?

                              pour repondre a votre question, un livre de calcul quantique (= sans notion de limite) est paru en anglais (niveau undergrad, disons licence). mais pour ce qui est de l’informatique quantique, je vous conseillerais peut-etre plutot celui-ci


                            • stravos (---.---.132.162) 19 février 2007 18:44

                              Les ordinateurs quantiques auront-ils le sens de l’humour ?


                              • benevole 19 février 2007 18:48

                                A l’auteur,

                                Merci pour cet article, Mathieu. Je mourrai (un peu) moins idiot.

                                Une petite question : pensez-vous qu’un ordinateur quantique puisse nous permettre de mieux comprendre les lois du hasard ?

                                Codialement


                                • (---.---.112.238) 19 février 2007 19:43

                                  Je pense que c’est bidon car un ordi quantique permettrait de decrypter n’importe quoi (cartes bancaires, codes d’acces) et releverait du secret defense. A moins que ce soit un coup pour interesser les militaires et avoir plus de budget. Tres certainement.


                                  • DEALBATA (---.---.146.223) 20 février 2007 20:30

                                    Quantique ou pas, il faudra toujours quelqu’un pour prendre conscience du résultat (on peut d’ailleurs se demander, si le résultat n’est pas la conscience en elle-même). On repousse toujours les limites du comment mais on sait de moins en moins pourquoi.


                                    • Imaginus (---.---.68.157) 25 février 2007 19:30

                                      Foutaise avec un grand « F ». Si cette equipe avait realisé le debut d’un ordinateur quantique (et surtout de 16Qubits) on serait en presence de l’ordinateur le plus puissant jamais construit par l’homme potentiellement capable de cassé n’importe quel algorithme de criptage lourd en quelques heures a peine !

                                      Bref classifié de suite...

                                      Je pense plutot que ces gens on intégré les premieres puces memoires MRAM (voir wikipedia section spintronique) dans un CPU quelconque et qu’ils font mumuse avec mais sans plus. Ca n’a rien de neuf et ca a du faire marrer pas mal de monde... De la a dire que c’est un ordinateur quantique ca releve de la betise pure et simple...


                                      • Imaginus (---.---.68.157) 25 février 2007 19:33

                                        A ce propos ou est le system laser permettant de ralentir suffisament les atomes afin d’obtenir les fameux 16 condensats de Bose Einstein (ce fameux etat de la matiere) ? Il ou plutot ils sont ou ?


                                      • noireb (---.---.12.45) 11 mars 2007 00:38

                                        Marant comme bien peu de gens pensent aux effets potentiellement DESASTREUX d’une telle technologie dans la nature.

                                        Vous croyez que les messages des militaires se transmettent de quelle manière ?

                                        Par messages codés. Et les codes, quel cryptage ?

                                        RSA.

                                        On peut être sûr qu’un ordinateur quantique utilisable ne sera jamais disponible sans que nos amis militaires y ait préalablement jeté un oeil.

                                        Pour les communications quantiques cryptés, c’est déjà une réalité de labo. Si d’autres exploits comme celui annoncé dans l’article venaient à se reproduire, on peut être sûr que les fonds seraient miraculeusement débloqués et que les sources/détecteurs de photon unique, les relais quantiques et autres bizareries expérimentales verraient le jour.

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