L’ordinateur quantique présente un potentiel considérable et beaucoup de moyens de recherche lui sont aujourd’hui consacrés. Cela tient au fait qu’un bit quantique ou qbit peut revêtir une infinité d’états (tous les nombres entre 0 et 1), tandis que le bit traditionnel se limite à deux valeurs (0 ou 1). Il est vrai qu’un « petit » appareil de 300 composants (qbits) pourrait manipuler simultanément l’équivalent de plus de bits qu’il n’existe de particules dans l’Univers. Cet immense espoir alimente régulièrement le sensationnalisme journalistique : chaque mois qui passe, nous apprenons que tel calcul quantique a été réalisé un million de fois plus rapidement que par un ordinateur classique, que telle société a réussi à assembler une centaine de qbits, que telle autre a obtenu la suprématie quantique, etc.
Ces annonces fracassantes omettent toujours le principal : l’ordinateur quantique n’est pas pour demain ! Des étapes gigantesques restent à franchir. Il faudra attendre que les machines soient au point, mais aussi que se constitue un écosystème entre les sociétés clientes exprimant d’importants problèmes de calcul, celles capables de concevoir des logiciels adaptés, et les fabricants jouant les rôles de réalisateur et de facilitateur. Des dizaines d’années seront nécessaires et il n’est même pas sûr que l’ordinateur quantique autonome tel qu’on se plait à l’imaginer, puisse réellement exister un jour.
Les obstacles majeurs que l’on rencontre sont de trois types :
- Pour manipuler les qbits, petits composants à l’échelle atomique obéissant aux lois quantiques, il faut les isoler fortement de l’environnement. En effet, la seule présence d’air, de lumière et de chaleur ambiante dans le local, leur fait perdre leurs propriétés en un milliardième de seconde (décohérence). D’où la difficulté de réaliser des appareils de plus de quelques dizaines de qbits et d’obtenir qu’ils tiennent plus d’une seconde lors d’un calcul.
- L’obstacle majeur, voire peut-être rédhibitoire, est la difficulté de réaliser la correction d’erreur. Dans un ordinateur classique, les erreurs portant sur les bits (0 ou 1) sont facilement corrigées par des redondances dans le hardware et les logiciels : cela coûte simplement 15% de plus en termes de portes logiques et permet une très grande exactitude dans les calculs. En revanche, l’ordinateur quantique fonctionnant avec des qbits (toutes les valeurs entre 0 et 1), les corrections d’erreurs sont bien plus difficiles. Elles multiplieraient facilement par un facteur de plusieurs dizaines de milliers, le nombre des qbits nécessaires pour réaliser un calcul donné avec un résultat fiable. Cette situation est aggravée par un fait important auquel on ne peut strictement rien : les lois fondamentales de la physique interdisent que l’on interpose dans les calculs quantiques, des points de contrôle comme on le fait en informatique classique. Cela ferait disparaître instantanément les propriétés des qbits en effondrant leur fonction d’onde.
- Enfin, il ne faut pas sous-estimer la difficulté de repartir complètement à zéro dans les logiciels : tous ceux conçus depuis 70 ans seront obsolètes.
Une étude très détaillée publiée en 2019* laisse entrevoir les étapes suivantes, étalées sur des dizaines d’années :
- Certains ordinateurs quantiques pourront traiter des problèmes très particuliers pour lesquels le taux d’erreur n’est pas rédhibitoire (ordinateurs analogiques, adiabatiques, quantum annealing, ). Dans ces cas, ils seront bien plus performants que les ordinateurs classiques, mais il faut le préciser, sur une classe de problèmes absolument infime.
- Il est très probable qu’apparaîtront un jour, des ordinateurs hybrides : un ordinateur classique serait flanqué d’un module quantique, auquel il délèguerait certaines opérations.
- On peut imaginer que les premières applications se feront en chimie pour les calculs portant sur la forme des molécules. En effet, il s’agit de décrire des effets quantiques et les nouveaux ordinateurs seront certainement bien plus efficaces pour les simuler.
En conclusion, donnons-nous rendez-vous dans une trentaine d’années !
