Pendant longtemps, les technologies humaines étaient restreintes à notre cerveau, au feu et aux bâtons pointus. Quand le feu et les bâtons pointus sont devenus les centrales nucléaires et les bombes atomiques notre monde avait bel et bien changé. Ces évolutions ont ouvert le monde a des possibilités bien plus incroyables, dont l’infiniment petit.

Nos plus belles créations viennent de nos cerveaux !

Depuis les années 60, la puissance de nos ordinateurs ont augmenté de manière exponentielle. Cela leur permettant d’atteindre l’infiniment petit.
Mais cela a atteint ses limites physiques. Les composants informatiques se rapprochent de la taille d’un atome. Pour comprendre pourquoi c’est un problème, nous allons éclaircir quelques points.
Un ordinateur a des composants très basiques faisant de choses très simples (variable booléenne). Les puces sont le résultat de l’assemblage de modules qui reposent sur l’association de milliers de portes logiques. C’est un composant très simple appelé transistor qui aura permis tout cela.

Le transistor

Le transistor est la forme la plus simple d’un traitement de données dans un ordinateur, une sorte d’interrupteur qui peut ouvrir ou fermer l’accès aux données y passant.
Cette information est faite de bits qui peuvent être des 0 ou des 1. Des regroupements de bits permettent d’obtenir des octets, utilisés pour représenter des informations plus complexes que l’on connait bien (caractère alpha numérique par exemple).
Pour revenir aux transistors, leur association permet de former des portes logiques qui restent sur des actions simples. Par exemple, une porte “ET” envoie un 1 si toutes ses entrées sont à 1 sinon, envoie un 0. Un arrangement de portes logiques crée des modules qui peuvent additionner beaucoup de ces portes.
Une fois que l’on peut additionner, on peut aussi multiplier.

Quand on peut multiplier, on peut tout faire !

Quand toutes les opérations basiques sont plus simples, on en revient à des mathématiques de niveau élémentaire. On peut imaginer un ordinateur comme un groupe répondant à des questions simples de mathématiques. Un nombre suffisamment grand d’entre eux, peut tout résoudre, de l’astrophysique à un Rubik’s cube.
Et c’est là que tout commence. Les composants atteignent l’infiniment petit.

la physique quantique rend les choses compliquées

En un mot, un transistor est juste un interrupteur électrique. L’électricité est le mouvement des électrons d’un point à un autre, donc un interrupteur est un passage qui peut bloquer les électrons se déplaçant dans une direction. Aujourd’hui, la taille moyenne d’un transistor est de 14 nanomètres ce qui est 8 fois moins que le diamètre du VIH et 500 fois plus petit qu’un globule rouge. Comme les transistors rétrécissent à la taille de quelques atomes, les électrons se transfèrent eux-mêmes de l’autre côté du blocage par des tunnels quantiques dans le royaume quantique. La physique fonctionne différemment et les ordinateurs traditionnels sont un peu perdus… (voire beaucoup perdus).

Une vraie barrière physique au progrès technique

Pour résoudre ce problème, les scientifiques essayent d’utiliser cette inhabituelle propriété quantique en créant des ordinateurs quantiques. Dans les ordinateurs habituels, les bits sont l’unité la plus petite des ordinateurs mais dans un ordinateur quantique on utilise les qubits qui peuvent être à 0 et/ou 1.

Un qubit peut avoir n’importe quelle valeur du système quantique comme il tourne dans un champ magnétique ou un photon. Les valeurs possibles sont 0 et 1 et sont représentées par la polarisation verticale ou horizontale du photon dans le monde quantique. Le qubit peut ne pas être dans un seul état mais dans n’importe quelle proportion des 2 états en même temps et ce principe est appelé : la superposition. Le photon doit être polarisé, soit horizontalement, soit verticalement. Du moment qu’il n’est pas observé. Le qubit sera dans un état de superposition de probabilité entre 0 et 1, et on ne peut pas prédire le résultat.

L’INFINIMENT PETIT

La superposition change toute la donne : 4 bits classiques ont 2^4 différentes configurations.

Cela fait 16 configurations possibles parmi lesquelles on ne peut en avoir qu’une. Les qubits, grâce à la superposition peuvent avoir toutes les combinaisons en même temps ! Ce nombre augmente exponentiellement avec chaque qubit en plus. 20 d’entre eux peuvent déjà avoir plus d’1 million de possibilités en parallèle en restant sur un volume infiniment plus faible.

Une des étranges propriétés que les qubits peuvent avoir est l’intrication quantique, cela inclut la connexion qu’a chaque qubits de pouvoir changer d’état en même temps, quelle que soit la distance.

Cela signifie que mesurer 1 qubit intriqué permet de déduire l’état de son qubit partenaire sans regarder la manipulation des qubits qui est aussi quelque peu déroutante…

Une porte logique normale a un nombre défini d’entrées et produit une sortie définitive. Une porte quantique calcule une entrée de superposition, probabilité de rotation et produit une autre superposition donc un ordinateur quantique y applique des portes quantiques pour les intriquer et manipuler les probabilités pour en mesurer la sortie, transformant la superposition en suite de 0 et de 1.

Cela signifie que l’on obtient tout un tas de résultats possibles avec un agencement en même temps. En réalité, on ne peut pas mesurer un seul résultat à la fois donc on devra certainement réessayer jusqu’à trouver le bon.

Mais, en exploitant intelligemment la superposition et l’intrication, cela serait infiniment plus efficace que n’importe quel ordinateur traditionnel. Bien que les ordinateurs quantiques ne remplaceront pas nos ordinateurs actuels, ils sont bien supérieurs.

LES BASES DE DONNÉES

Pour chercher quelque chose, un ordinateur normal doit chercher dans chacun de ses fichiers. Un algorithme quantique ne met que la racine carrée du temps nécessaire au précédent cas, ce qui pour les grandes bases de données crée une énorme différence. L’utilisation la plus connue des ordinateurs quantiques est la sécurité informatique.

Actuellement, les informations bancaires sur internet sont sécurisées par un système d’encryptions. On donne une clef publique pour encoder les messages que seul l’utilisateur peut décoder. Le problème est que cette clef publique peut être utilisée pour calculer la clef privée de l’utilisateur. Heureusement, faire la totalité des calculs prendrait des années, mais un ordinateur quantique ayant une vitesse bien supérieure pourrait le faire en un instant.
Une autre utilisation intéressante est la simulation.

Et c’est cette partie qui nous intéresse, les base de données de commerce sont souvent très conséquente et ne sont que très peu exploité.
L’ordinateur quantiques pourrait quand a lui être capable de faire le trie, mais aussi d’enrichir les données grace a des model prédictif bien plus fiable.

Alors, pourquoi ne pas utiliser cette technologie dès aujourd’hui ?

La simulation quantique pourrait éclaircir le fonctionnement de la gestion des futurs achats d’un site e-commerce, des stocks magasin. Ca pourrait aussi donner des prédictions météorologiques et écologiques qui permettrait de mieux gérer les productions. Pour le moment, tout cela relève du prototypage.

Aujourd’hui, l’apparition de projet comme Meta ouvre des possibilités énormes d’investissement. Que ce soit dans ce domaine ou d’autre, ce besoin de puissance de calcul devient une nécessité. Et offre pour les années à venir de fortes possibilités. On pourra voir les assistants vocaux devenir plus puissants et plus fiables tout en restant infiniment petits. En quelques semaines, on aura vu évoluer Facebook pour dédier le maximum de leur puissance de calcul au Metaverse.

La puissance de calcul est désormais au cœur de beaucoup de sujets et sera encore un sujet de technologie digitale de demain. Et si la vraie question que nous devions-nous poser ne serait pas plutôt “Arriverons-nous à atteindre cette puissance de calcul ?”

Source : IBANET HAL de Jeremy Stevens YouTube