L'informatique quantique à l'horizon :le point de vue d'un ingénieur

Ed Brown

(Image :phonlamaiphoto/Adobe Stock)

Alors que nous célébrons 2025, Année internationale de la science et de la technologie quantiques, j’ai commencé à réfléchir aux applications pratiques de la mécanique quantique dans les ordinateurs, les capteurs et la cryptographie. Et je trouve qu'envisager ces choses du point de vue d'un ingénieur est assez difficile.

Si Richard Feynman, qui a remporté un prix Nobel pour ses travaux sur « l’électrodynamique quantique », pensait que personne ne comprenait vraiment la mécanique quantique, comment tant de gens peuvent-ils aujourd’hui parler des ordinateurs quantiques comme étant la prochaine grande nouveauté ? D’un autre côté, Feynman lui-même a exposé les fondements théoriques des ordinateurs quantiques en 1982, lorsqu’il a déclaré que « pour modéliser avec précision un système quantique, les scientifiques devraient construire un autre système quantique ». Cet autre système est ce que nous appelons désormais un ordinateur quantique.

Par exemple, selon un article sur les Tech Briefs Sur le site Web, le domaine de l'informatique quantique devrait atteindre 65 milliards de dollars d'ici 2030. Dans un autre article, nous lisons :« Les ordinateurs quantiques ont le potentiel de résoudre des problèmes complexes en matière de santé humaine, de découverte de médicaments et d'intelligence artificielle des millions de fois plus rapidement que certains des superordinateurs les plus rapides du monde. »

Pour aggraver ma confusion, j'ai appris que " Les réponses des ordinateurs quantiques sont tirées de distributions de probabilité. Les ordinateurs quantiques ne vous donnent pas de valeur spécifique pour une réponse. Ce qu'ils font, c'est vous dire quelle est la probabilité. c'est qu'une certaine valeur soit la bonne solution » — leurs réponses sont « floues ». « Malheureusement, exécuter un algorithme quantique une seule fois ne suffit pas. Pour se rapprocher le plus possible de la « bonne » réponse, les informaticiens effectuent ces calculs plusieurs fois. Chaque échantillon réduit l'incertitude. L’ordinateur devra peut-être exécuter l’algorithme des milliers de fois – voire plus – pour se rapprocher le plus possible de la distribution la plus précise. Mais il y a un avantage :"Les ordinateurs quantiques exécutent ces algorithmes si rapidement qu'ils ont encore le potentiel de produire des résultats beaucoup plus rapidement que les algorithmes classiques."

OK, je peux accepter l'idée d'utiliser la mécanique quantique sans vraiment la comprendre en profondeur, mais j'ai de réelles difficultés à utiliser les réponses d'un ordinateur quantique qui ne sont que des probabilités. En tant qu'ingénieur, j'ai l'habitude de rechercher des solutions fixes et réalisables à des problèmes du monde réel, et non des réponses qui disent, par exemple, que lorsque j'appuie sur un bouton d'ascenseur, l'ascenseur probablement venez à mon étage.

Après des décennies de travail en tant qu'EE, Ed Brown de SAE Media Group en est à sa deuxième carrière :rédacteur technique.

"J'ai réalisé qu'en repensant à mes années d'ingénieur et en regardant toutes les dernières et meilleures nouveautés en tant qu'éditeur, j'ai beaucoup de réflexions sur ce qui se passe actuellement à la lumière de mes expériences en ingénierie, et j'aimerais en partager certaines maintenant."

L'une des meilleures descriptions de l'informatique quantique que j'ai rencontrées est celle de Tara Fortier, physicienne au National Institute of Standards and Technology (NIST) :"5 concepts peuvent vous aider à comprendre la mécanique et la technologie quantiques - sans mathématiques !" Elle explique que même si le « flou » est une caractéristique essentielle de l’informatique quantique, ce n’est pas un défaut. "La physique classique régit le mouvement des choses que nous pouvons voir, comme les balles de baseball et les planètes. La physique quantique est un monde que nous ne pouvons pas facilement voir. Si une partie du quantique est substantiellement différente de la physique classique, c'est que la physique à l'échelle quantique est non seulement granulaire mais aussi floue. "

Mais le Dr Fortier souligne que la nature elle-même est floue. Lorsque nous zoomons sur une image numérique, celle-ci est constituée de pixels individuels qui semblent avoir des limites bien définies. Mais "Si vous pouviez zoomer sur les atomes et les particules subatomiques qui composent le pixel, vous verriez que les particules subatomiques ne sont pas bien définies - leurs limites et leur comportement sont quelque peu flous. Cela revient à tracer une ligne "parfaite" avec un crayon et une règle. Si vous regardiez cette ligne avec un microscope, les bords sembleraient plus bancaux que droits. "

Donc, je suppose qu'on pourrait dire qu'un ordinateur quantique voit le monde d'une manière plus étroitement alignée sur la réalité du monde qu'un ordinateur numérique, qui ne nous donne qu'un échantillon du monde.

Mais comme le disait Einstein, les comportements quantiques sont effrayants.

L’article de Fortier rend certains comportements quantiques plus accessibles, mais reste très difficile à digérer pour moi. Par exemple, celui dont j’entends parler depuis que je suis enfant :la lumière est à la fois une onde et une particule. Parfois, il se comporte d'une certaine manière, comme lorsque les ondes lumineuses nous donnent des arcs-en-ciel, mais lorsque la lumière frappe un panneau solaire, elle agit comme des particules. C'est difficile pour moi de comprendre cela, mais je peux mettre de côté mes réticences et accepter que cela peut être utile dans les deux sens.

Ensuite, il y a « le principe d’incertitude de Heisenberg, qui dit que l’acte de mesurer perturbe l’état quantique de l’objet ». Alors, comment pouvez-vous baser un ordinateur sur les états des particules quantiques si votre mesure les perturbe ?

Mais pour moi, le plus effrayant de tous est l’intrication quantique :l’état quantique d’une particule est corrélé à l’état d’une autre, quelle que soit la distance qui les sépare. Ainsi, mesurer une particule affecte l’état de son partenaire. Pourtant, il existe une utilité pratique à l'intrication :des clés cryptographiques sécurisées.

Tout cela me fait penser qu'il faut plus que la science pour développer des ordinateurs quantiques pratiques :les ingénieurs devront accepter de travailler avec une technologie qu'ils ne peuvent pas vraiment comprendre.