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En octobre 2019, l’humanité grâce à Google entrait dans l’ère quantique. Le processeur Sycamore 54 qubits de Google n’a eu besoin que de 200 secondes pour effectuer un calcul qu’il aurait fallu 10 000 ans à faire avec nos superordinateurs modernes.

200 secondes pour effectuer un calcul qui pourrait prendre 10 000 ans à faire

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Dans un article paru dans la revue Scientific Nature en octobre 2019, Google affirme que son processeur Sycamore 54 qubits n’a eu besoin que de 200 secondes pour effectuer un calcul que les superordinateurs actuels auraient mis 10 000 ans à faire.

Bien que la validation du calcul prendra quelques siècles encore, il demeure que Google devient le premier à posséder « l’avantage quantique ». Ce terme a été inventé par John Preskill, physicien au California Institute of Technology. Il « décrit le point où les ordinateurs quantiques peuvent accomplir des tâches qu’aucun ordinateur classique ne peut accomplir… ».

L’informatique quantique en est encore à ses balbutiements. Mais, elle pourrait révolutionner des tâches que les ordinateurs existants mettent des années à accomplir. On peut penser notamment à la découverte de nouveaux médicaments ou l’optimisation des transports en milieu urbain.

La petite histoire

L’ordinateur quantique a été imaginé en 1980 par le prix Nobel de physique Richard Feynmane. Il fonctionne avec une manière complètement différente que les ordinateurs réguliers. Il repose sur les propriétés étonnantes qu’ont certains objets lorsqu’ils sont réduits au niveau subatomique ou lorsqu’ils sont exposés au froid extrême. Comme notamment le métal refroidi à près de -460 degrés Fahrenheit (-273 degrés Celsius) que l’on trouve dans la machine de Google.

Mais Google n’était pas le premier. De fait, c’est en 2012 qu’a eu lieu « la plus belle prouesse calculatoire » quantique. Elle a été réalisée par une équipe de l’université de Bristol, en Angleterre. Les chercheurs sont parvenus à factoriser 21, soit à montrer que ce nombre se décompose en 3 fois 7, grâce à un dispositif photonique. Certes, la performance mathématique est modeste, mais elle utilisait l’algorithme de Shor pour factoriser les nombres et trouver les nombres premiers. Les nombres premiers sont très importants dans nos processus de cryptage actuels.

L’exploit de Google

ère quantique Google

L’exploit de Google consiste, avec son ordinateur quantique, à réaliser ce qu’aucun ordinateur actuel ne peut reproduire. Google devient donc le premier à traverser cette ligne fictive et à contrôler le processus de calcul d’un ordinateur quantique qui est des milliards de fois plus puissants que nos ordinateurs actuels.

De plus, il faut dire que quelques autres ordinateurs quantiques existent dans des laboratoires de recherche dans le monde, mais aucun n’a réussi jusqu’à maintenant à contrôler ses processus, afin d’en tirer une telle puissance de calcul. Et c’est assez étonnant que des sociétés à capitaux privés comme Google et IBM soient en avance sur les laboratoires de recherche universitaires, indiquant ainsi l’énorme avantage que pourront en tirer les premiers à posséder et contrôler cette technologie.

La différence quantique

Le monde moderne repose sur des ordinateurs classiques. Ils permettent de lancer des satellites, d’aller sur Mars, de soutenir Internet, le commerce électronique, les crypto devises, les robots sur Mars, les cellulaires intelligents, les drones, etc.

« Mais plusieurs des plus grands mystères et potentiellement les plus grandes opportunités ne sont pas à la portée des ordinateurs classiques. Pour continuer le rythme du progrès, il nous faut augmenter l’approche classique avec une nouvelle plateforme qui aurait de nouvelles règles. C’est l’ordinateur quantique! », selon Stefán Filipp, quantum scientist à IBM Research.

Les ordinateurs classiques se basent sur le système binaire où les informations sont traitées et stockées en bits — des valeurs 0 ou 1. La valeur du bit est stockée dans un transistor ou l’équivalent qui est à la base des ordinateurs classiques. Les ordinateurs quantiques utilisent plutôt des qubits qui sont placés sur une microplaquette, dans un froid absolu et qui peut prendre plusieurs valeurs entre 0 et 1, leur permettant de conserver différents types d’informations.

Leur fonctionnement est entièrement différent et nécessite des propriétés de matière qu’on retrouve qu’à des températures extrêmes près du zéro absolu (15 miles kelvin, presque 200 fois plus froid que les profondeurs de l’espace). Ce qui nécessite des refroidissements peu ordinaires et une installation électrique de forte puissance. Les algorithmes utilisés dans ces ordinateurs sont également très différents des algorithmes binaires des ordinateurs classiques.

Pour une bonne introduction à l’informatique quantique : scientificamerican.com

Un risque pour la cybersécurité

Dans un article paru dans Futura-Sciences sur les risques de la cybersécurité, « le chiffrement est aujourd’hui le pilier de tous les systèmes de défense cyber. Qu’il s’agisse de protéger les données personnelles et les communications des particuliers ou de sécuriser des réseaux ultras sensibles, le principe repose sur l’idée qu’il faudrait au supercalculateur le plus puissant un temps incommensurable pour casser les algorithmes de cryptage.

Toutefois, cette construction sécuritaire pourrait s’effondrer avec l’arrivée d’ordinateurs quantiques. Leur principal atout étant de promettre un bond exponentiel dans la puissance de traitement. De plus, ils pourraient casser le meilleur chiffrement existant ». Selon la NSA, il faudrait environ 20 ans pour concevoir de nouveaux systèmes de chiffrement. Le danger potentiel est bien présent. Surtout que nombre d’institutions publiques et privées doivent conserver leurs données sensibles durant des décennies.

L’auteur poursuit en mentionnant que : « En exploitant les propriétés quantiques, ces ordinateurs pourraient faire des milliards de calculs simultanément. Assez pour décrypter des codes actuellement inviolables et résoudre des casse-têtes mathématiques qu’il était jusqu’ici impossible de résoudre.

Selon Alexandre Blais, il est clair que c’est devenu un enjeu de sécurité nationale. C’est pourquoi des superpuissances comme la Chine, l’Europe et les États-Unis investissent massivement en recherche quantique. Les Européens ont déjà mis en place le projet OPEN QKD. Ce projet consiste en une infrastructure de communication quantique sécurisée pour tester les nouvelles clés de cryptage quantique devenues nécessaires. Le tout afin de conserver nos futures communications sécuritaires. Les Chinois également ont leur propre réseau de communication quantique en test.

L’Agence nationale de la sécurité des États-Unis (NSA) a annoncé qu’elle devait passer dès maintenant à des codes qui vont résister aux attaques d’ordinateurs quantiques. Ce passage-là est extrêmement coûteux et extrêmement difficile. Ils doivent changer la façon dont ils font les choses, mais ils sont convaincus que c’est nécessaire ajoute M. Blais. »

Pour l’avancement de la science

Un ordinateur quantique offre une capacité de calcul impressionnante par rapport aux ordinateurs classiques. Dans quelques mois ou années, nous verrons apparaître une nouvelle génération d’ordinateurs qui vont révolutionner la recherche. Notamment en affectant significativement notre capacité à découvrir, à créer et à utiliser toutes les connaissances de l’humanité.

Une telle capacité de calcul devrait lancer une multitude de découvertes en chimie, en pharmacologie et en physique. De nouveaux matériaux, éléments et médicaments devraient voir le jour. L’ordinateur quantique pourra également simuler des systèmes d’une énorme complexité. Il pourrait amener de nouvelles connaissances sur des questions qui hantent l’humanité. On peut penser notamment à l’origine de l’univers et les débuts de la vie.

Cet évènement Google pourrait être aussi important pour l’avenir de l’humanité que le fut le premier vol en 1903 des frères Wright. Mais rassurez-vous, l’informatique quantique n’est pas encore maîtrisée. Il faudra encore une dizaine d’années avant de pouvoir harnacher tout son potentiel.

On ne sait pas trop exactement ce que nous réserve cette nouvelle science. Mais, une chose est certaine, l’ère quantique va changer définitivement notre monde!

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