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Informatique quantique : tout savoir sur la révolution Quantum Computing

L’informatique quantique est une technologie futuriste qui s’apprête à révolutionner l’informatique en augmentant de façon massive la puissance de calcul des superordinateurs. Appliquée au Big Data, cette technologie va permettre d’accélérer et de simplifier l’analyse de données.

Depuis maintenant quelques années, des géants de la technologie comme Google et IBM (ainsi que plusieurs startups dédiées) cherchent à créer des ordinateurs quantiques. Ces machines surpuissantes pourraient aider l’humanité à résoudre un grand nombre de problèmes, mais le chemin vers leur création est semé d’embûches. Voici tout ce que vous devez savoir sur l’informatique quantique et les possibilités offertes par son association avec le Big Data.

Qu’est-ce que l’informatique quantique ?

L’informatique quantique repose sur l’étonnante capacité des particules subatomiques à exister dans plus d’un état simultanément. Exploitée dans le domaine de l’informatique, cette aptitude pourrait en effet permettre de résoudre les opérations bien plus rapidement tout en consommant moins d’énergie que les ordinateurs traditionnels.

En effet, dans le domaine de l’informatique classique, un  » bit  » ne peut exister que dans deux états : 1 ou 0. Dans l’informatique quantique, les  » bits quantiques  » (qubits) ont deux états, mais peuvent stocker davantage d’informations que 1 ou 0, car ils peuvent exister dans n’importe quelle superposition de ces valeurs.

On peut visionner un qubit comme une sphère imaginaire. Alors que les bits classiques ne peuvent être qu’à deux pôles de la sphère, un qubit peut exister à n’importe quel point sur la sphère. Ainsi,un ordinateur peut utiliser ces bits pour stocker une grande quantité d’informations en consommant moins d’énergie qu’un ordinateur ordinaire.

Que peut faire un ordinateur quantique de plus qu’un ordinateur classique ?

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Les ordinateurs quantiques sont particulièrement adaptés pour résoudre certains problèmes mathématiques. Par exemple, ils peuvent être utilisés pour trouver des nombres premiers très larges. Il serait donc possible d’appliquer cette technologie au domaine de la cryptographie pour créer des systèmes de cybersécurité plus résistants.

Au contraire, les hackers pourraient utiliser l’informatique quantique pour contourner les systèmes de chiffrement utilisés à l’heure actuelle. C’est la raison pour laquelle les chercheurs tentent déjà de développer des technologies résistantes au  » hacking quantique « .

L’informatique quantique pourrait aussi permettre aux chercheurs de modéliser des réactions chimiques complexes. A l’heure actuelle, même les superordinateurs les plus puissants ne peuvent accomplir cette tâche. En juillet 2016, les ingénieurs de Google sont parvenus à simuler une molécule d’hydrogène pour la première fois grâce à un appareil quantique. De même, IBM est ensuite parvenu à modéliser le comportement de molécules encore plus complexes. Les chercheurs espèrent pouvoir créer de nouvelles molécules pour la médecine grâce aux simulations quantiques.

Informatique quantique et Big Data : un potentiel révolutionnaire

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Les ordinateurs quantiques seront en mesure d’effectuer des calculs extrêmement complexes en quelques secondes seulement, alors qu’il faudrait plusieurs milliers d’années à un ordinateur classique pour en faire autant.

Dans le domaine du Big Data, l’informatique quantique permettre aux entreprises de collecter et d’analyser d’immenses quantités de données très rapidement grâce aux algorithmes quantiques. La détection, l’analyse, l’intégration et le diagnostic de data sets séparés pourra être effectuée bien plus facilement. Tous les éléments d’une base de données massive pourront être analysés simultanément pour découvrir des patterns.

De plus, en appliquant l’informatique quantique aux systèmes de Machine Learning existants, il sera possible d’accélérer la classification Big Data et l’analyse topologique des ensembles de données complexes.

De façon concrète, imaginons un ensemble de données à 300 points. L’approche conventionnelle consiste à analyser toutes les caractéristiques topologiques de cet ensemble. Avec un ordinateur classique, il serait nécessaire d’utiliser 2300 unités de traitement, soit presque autant que le nombre de particules dans l’univers. Avec un ordinateur quantique, il suffirait de 300 qubits.

Quand seront disponibles les ordinateurs quantiques ?

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En mars 2017, Google annonçait son intention de commercialiser une  » technologie quantique  » dans un délai de cinq ans. En novembre 2017, IBM a annoncé être parvenu à créer un ordinateur quantique à 50 qubits. Cependant, ce système instable ne pouvait tenir sont microétat quantique que pendant 90 microsecondes.

Toutefois, depuis 2016, IBM permet aux chercheurs de réaliser des expériences sur un ordinateur quantique à cinq qubits via le Cloud. Depuis 2017, un système à 20 qubits est également disponible sur le nuage de la firme américaine.

Parallèment à ces deux géants de la tech, plusieurs startups se consacrent à l’informatique quantique. La startup canadienne D-Wave, basée à Vancouver, affirme avoir créé un système à 2000 qubits. De nombreux chercheurs estiment toutefois qu’il ne s’agit pas d’un véritable système quantique. De son côté, la startup californienne Rigetti privilégie la stabilité plutôt que le nombre de qubits. Ainsi, elle pourrait bien être la première entreprise à créer un ordinateur quantique réellement utilisable.

De manière générale, on estime qu’il faudra attendre environ 4 à 5 ans pour que les ordinateurs quantiques soient accessibles pour les entreprises. À n’en point douter, c’est une véritable révolution qui se prépare pour le secteur de l’informatique.

IBM annonce les premiers ordinateurs quantiques pour 2023… et des milliards de dollars de bénéfices

Selon le CEO d’IBM, Arvind Krishna, les premiers ordinateurs quantiques commerciaux devraient être disponibles dès 2023. Les clients de la firme pourront exploiter cette technologie et en tirer profit à partir de cette date.

En septembre 2020, la firme a dévoilé sa feuille de route pour l’informatique quantique. Actuellement, les processeurs quantiques d’IBM atteignent une puissance de 65 qubits.

L’entreprise américaine compte lancer une machine à  127 qubits en 2021, puis 433 qubits en 2022. Fin 2023, elle compte délivrer un processeur à plus de 1000 qubits.

Lors de la conférence virtuel Brainstorm Tech organisée par Fortune, le chef d’entreprise estime que  » l’impact de l’informatique quantique pour nos clients sera de l’ordre de centaines de milliards de dollars « .

Selon ses prédictions, les retombées devraient être particulièrement massives pour le secteur de la santé. Le Quantum Computing permettra par exemple de modéliser le caractère aléatoire subatomique qui confère leurs effets à la pénicilline ou à la caféine. Chose impossible avec un ordinateur traditionnel.

L’informatique quantique est aussi très utile pour les science matérielles, les prédictions météorologiques, la modélisation financières, et bien d’autres problèmes impliquent de vastes volumes de données aux interactions chaotiques.

Le Quantum Computing représente aussi de nombreuses opportunités pour IBM. En octobre 2020, l’entreprise a décidé de se focaliser sur le Cloud et l’intelligence artificielle et de se séparer de ses divisions les moins lucratives. L’informatique quantique reste néanmoins dans son viseur.

La Chine annonce avoir atteint la suprématie quantique

En décembre 2020, la Chine a annoncé avoir atteint la  » suprématie quantique « . Les scientifiques chinois ont créé un ordinateur quantique 100 billions de fois plus rapide que le superordinateur le plus avancé du monde : Fugaku, basé au Japon.

Ce système chinois révolutionnaire est parvenu à effectuer un calcul qui nécessiterait plusieurs milliards d’années à un ordinateur  » classique « . La  » suprématie quantique  » consiste en effet à réaliser un calcul impossible à résoudre pour une machine conventionnelle.

En fin d’année 2019, le géant américain Google annonçait avoir atteint pour la première fois cette supériorité quantique. Son processeur quantique, Sycamore, avait effectué en 3 minutes et 20 secondes une tâche qui nécessiterait 10 000 ans à un ordinateur classique.

Les chercheurs chinois ont opté pour une approche différente de celle de Google. C’est la raison pour laquelle leur système Jiuzhang est, selon leurs dires, 10 milliards de fois plus rapide que la technologie utilisée par le géant américain l’année dernière.

L’étude a été publiée dans le journal Science, par des chercheurs de l’Université de Science et de Technologie de Chine située à Hefei. Selon ces scientifiques, aucun ordinateur n’est capable d’effectuer un calcul si rapidement et cette technologie ne pourra être surpassée.

Le calcul en question est appelé  » échantillonnage de boson « , et consiste à calcul la production d’un circuit optique extrêmement complexe où des photons rebondissent contre des miroirs. En l’occurrence, le système sur lequel Jiuzhang a travaillé comportait 50 photons en provenance de 100 sources, avec 100 sorties, 300 séparateurs de rayons et 75 miroirs.

Pour résoudre ce problème, il ne lui a fallu que quelques minutes. En comparaison, Sunwahy TaihuLight, le quatrième superordinateur le plus puissant, aurait eu besoin d’un cinquième de l’âge de l’univers pour effectuer la même tâche.

La Chine rattrape donc son retard sur les Etats-Unis, alors que les deux superpuissances sont lancées dans une course dans le domaine du Quantum Computing. En parallèle, la Chine investit aussi 10 milliards de dollars dans un Laboratoire National d’Informatique Quantique. De leur côté, les Américains ont investi 1 milliard de dollars dans un centre dédié à l’IA et à l’informatique quantique…

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