L’informatique quantique fonctionnerait sur des ordinateurs normaux : pourquoi cette découverte est importante

L’avenir de l’informatique sera quantique. C’est une course qui s’accélère chez les géants de la tech. IBM et Google se sont récemment affrontés pour savoir si les scientifiques de Google avaient atteint ou non la suprématie quantique. Tout ceci peut paraître bien loin de notre quotidien : ces innovations nécessitent des machines et des matériaux spécifiques de haute volée, loin de notre simple smartphone. Enfin, c’est ce qu’on croyait. Début décembre 2019, l’université de Chicago a annoncé qu’une équipe de chercheurs a trouvé une solution à ce problème.

Le communiqué, ainsi que l’article publié dans Science Advances, expliquent comment ils ont réussi à créer et contrôler électriquement des états quantiques dans des supports électroniques pas plus complexes que nos smartphones, ordinateurs, consoles et tablettes du quotidien. Exit les matériaux supraconducteurs, les atomes en lévitation et les diamants : l’informatique quantique pourrait fonctionner dans des supports en carbure de silicium, composé chimique présent dans la plupart de nos équipements actuels.

L'équipe de chercheurs de l'université de Chicago en train de travailler sur les appareils d'informatique quantique.

Source : David Awschalom

Un moyen de contourner la loi de Moore

Les lois de Moore gouvernent l’informatique depuis plusieurs décennies. L’énoncé principal affirme que la puissance des ordinateurs augmentera toujours de façon exponentielle : tous les 18 mois, le nombre de transistors sur un circuit d’une même taille est censé doubler. Et l’inventeur de ces lois avait raison : la miniaturisation constante se traduit par des microprocesseurs toujours plus petits et toujours plus puissants, tous les deux ans. Mais il y a une limite et on a commencé à la rencontrer depuis quelques années déjà. La fréquence annoncée par la loi de Moore se réduit comme peau de chagrin.

L’avantage de l’informatique quantique, c’est qu’elle permet justement de surpasser les limites à la loi de Moore qui freinent une augmentation trop importante de la miniaturisation et de la puissance des microprocesseurs. Pour le résumer simplement :

• L’informatique classique code les données de manière binaire à partir de bits : une succession de 0 et de 1 bien distincts.
• L’informatique quantique code aussi les données à partir de 0 et de 1, mais sous forme de qubits, et cela change tout. Ces bits quantiques peuvent exister simultanément sous la forme de 0 et de 1. Les qubits peuvent être dans deux états au même moment grâce au phénomène de « superposition » qui advient dans le monde quantique.

De fait, la puissance de calcul déployée par les qubits est phénoménale : des millions de transistors dans des microprocesseurs nous offrent déjà des ordinateurs puissants, imaginez ce qui est possible avec des millions de qubits. Si l’on pensait que c’était justement un peu trop pour nos appareils actuels, les chercheurs de l’université de Chicago ont enchaîné plusieurs découvertes quantiques qui changent pas mal de paramètres.

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Une radio FM quantique

L’équipe de recherche décrit comme une « surprise » la possibilité de créer et de contrôler des bits quantiques performants dans des appareils électroniques commercialisés de nos jours. « Peut-être que l’on peut trouver un moyen d’utiliser l’électronique actuelle pour construire des appareils quantiques », affirme l’ingénieur et co-auteur de l’étude David Awschalom. Mais l’avancée de son équipe ne s’arrête pas là. Les propriétés des bits quantiques qu’ils ont pu créer sont pertinentes en elles-mêmes.

Au sein d’un appareil électronique actuel à base de carbure de silicium, les qubits génèrent des particules de lumière dont la longueur d’onde s’approche de celle utilisée pour les télécommunications. Cela signifie que des qubits pourraient potentiellement être transmis sur de longues distances… par fibre optique. L’équipe de Chicago a pu créer ce qu’ils appellent une « radio FM quantique » : les données quantiques sont transmises comme la musique est transmise de l’antenne à l’autoradio. Un tel niveau de contrôle sur les bits quantiques se révélerait déterminant. Cet aboutissement « nous rapproche un peu plus de la réalisation de systèmes capables de stocker et de distribuer de l’information quantique à travers les réseaux de fibres optiques du monde entier », se réjouit Awschalom.

Non seulement cette étude apporte une nouvelle perspective sur l’informatique quantique, mais elle pourrait bien, ce faisant, en résoudre l’un des problèmes qui inquiètent les scientifiques depuis le début : le « bruit ». Ce dernier perturbe la stabilité des ordinateurs quantiques, il doit sans cesse être pris en compte et être compensé — non sans difficulté. Les scientifiques de Chicago ont pourtant bien réussi à stabiliser quasi parfaitement un signal quantique, à l’aide… d’une simple diode (oui, la science est parfois aussi improbable que géniale). Elle agit comme une sorte d’interrupteur, qui supprime de l’environnement la surcharge d’électrons, cause du bruit de fond quantique.

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Les découvertes des chercheurs de Chicago ont de quoi avoir un vrai retentissement dans le développement de l’informatique. Ils ouvrent la voie à une petite révolution, peut-être plus proche que prévu, des modes de communication. Cela dit, ne vous attendez pas à faire dès 2020 des Top 1 sur Fortnite sur l’internet quantique. Il faudra encore du temps et nombre d’expérimentations avant de trouver une application réelle.