L’ordinateur quantique ou la quête du calculateur tout-puissant

Un calcul fait en trois minutes au lieu de… 10.000 ans. Cette opération quantique hors-normes décrite par Google dans une étude publiée dans Nature fait frémir le monde informatique, en quête de son Graal: l’ordinateur quantique universel. En quoi consiste-t-il ? A quoi servirait-il ? Va-t-il « cracker » tous nos codes ? Décryptage d’une technologie qui défie l’entendement.

Une mécanique contre-intuitive

La recherche en informatique quantique, apparue dans les années 1980, repose sur l’un des principes de la physique quantique appelé superposition. Selon cette mécanique, un objet peut avoir deux états en même temps: une pièce de monnaie à la fois pile et face, alors que dans le monde « classique », elle ne peut être que l’un ou l’autre à la fois. Ce mécanisme contre-intuitif, « même les scientifiques les plus imaginatifs ont du mal à le comprendre, parce qu’il ne se joue pas au niveau sensible », explique à l’AFP Audrey Loridan-Baudrier, de la Fondation Mines-Télécom, qui forme de futurs ingénieurs à cette technologie.

Le directeur-général de Google, Sundar Pichai, cite mercredi sur son blog cette phrase du prix Nobel de physique Richard Feynman, résumant ainsi la difficulté de la discipline: « Si vous croyez comprendre la mécanique quantique, vous ne comprenez pas la mécanique quantique ». Tout objet est quantique, « même vous et moi », relève Daniel Hennequin, physicien. « Mais ces propriétés quantiques sont très vite perdues et plus l’objet est gros, plus la perte est rapide », détaille ce chercheur au CNRS.

A une échelle microscopique, il est en revanche possible de prolonger l’état quantique, avec des atomes simples, froids, isolés. On peut ainsi fabriquer des qubits, brique de base de l’informatique quantique. Mais leur manipulation est délicate car ils sont difficiles à stabiliser et les fabricants ont du mal à dépasser les 53 qubits. Ils sont néanmoins déjà capables de performances spectaculaires, comme l’a montré le processeur de Google qui a calculé en 3 minutes là où un supercalculateur classique aurait mis des milliers d’années.

Des opérations sans équivalent

Pourquoi un tel écart ? Contrairement aux bits classiques qui ne peuvent se trouver que dans deux états (0 ou 1), les qubits ont une infinité d’états possibles, pouvant se superposer. « C’est un parallélisme qui permet de faire plusieurs calculs à la fois », résume Jean-Paul Delahaye, chercheur en informatique. On arrive ainsi « à des algorithmes sans équivalent dans le monde classique qu’on a même du mal à se représenter », selon Daniel Hennequin.

La « solution quantique » s’avère utile lorsque le problème est « tellement complexe, ou la masse de données tellement énorme que les supercalculateurs classiques ne suffisent plus », analyse Audrey Loridan-Baudrier. L’ordinateur quantique aurait donc un impact considérable sur nos capacités à traiter les informations. Des applications concrètes utilisant des systèmes hybrides classique/quantique existent déjà. L’une d’elles arrive par exemple à résoudre rapidement le « problème du voyageur de commerce » qui doit optimiser son trajet pour aller dans 100 villes différentes.

Menaces sur la cryptographie

L’algorithme quantique le plus prometteur est celui de Shor, capable de factoriser aussi vite que de multiplier, alors que dans un calcul classique, il y a une différence de temps de résolution entre les deux opérations. « Si je vous demande de quels nombres 437 est le produit (une factorisation, NDLR), vous mettrez du temps à trouver. A l’inverse si je vous demande de faire la multiplication 19X23, vous trouverez bien plus rapidement 437 », observe Daniel Hennequin.

Pour l’heure, le quantique n’arrive à factoriser que des nombres de 7 ou 8 chiffres et l’ordinateur classique reste bien plus puissant, souligne Jean-Paul Delehaye. Mais le jour où un ordinateur quantique universel réussira à exécuter l’algorithme de Shor à grande échelle, avec des nombres à 100 chiffres, on parlera alors de « suprématie quantique ». Cela remettrait en cause toute la cryptographie régissant nos codes de sécurité (cartes de crédit, etc.), qui est fondée sur la longueur de la factorisation (l’algorithme RSA). Pour parer à cette menace, la recherche en cryptographie résistante a déjà pris les devants. « Elle est même plus avancée que l’ordinateur quantique », assure Daniel Hennequin.