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Univers parallèles, téléportation quantique, trains volants : sommes-nous prêts ?

Le 13 mars 2018

En théorie, l’ordinateur quantique promet de surpasser toutes les intelligences connues. En réalité, ces systèmes n’arriveront à maturité que dans 10 ans. Voici 5 clés pour comprendre la technologie quantique.

Résorber la pollution, résoudre les bouchons dans les villes, trouver la solution aux problèmes arithmétiques les plus complexes... Autant de problématiques auxquelles peut répondre l’informatique quantique. Tout du moins, sur le papier. Mais elle ne s'applique pas encore à des cas concrets. Car au-delà des principes, sa conception s'avère compliquée.

L'informatique quantique c'est quoi ?

Plutôt que de réaliser les calculs de façon séquentielle, l’ordinateur quantique sait traiter toutes les hypothèses en même temps. Par exemple, un poste ordinaire cherchera la sortie d’un labyrinthe en testant chaque chemin, un à un, avant de trouver le bon. Un système quantique va tester toutes les hypothèses en même temps et ainsi trouver la sortie en quelques instants seulement.

Dans un ordinateur classique, une information peut prendre la forme d’un 0 ou d’un 1. Une machine quantique réfléchit différemment : une même information peut à la fois prendre la valeur 1 et 0. Son unité de puissance n’est ainsi plus appelée le bit mais le qubit. Le système quantique va ainsi utiliser la variation de cette unité. Un qubit sera proche du 1 ou du 0 sans être ni l’un ni l’autre.

La technologie quantique étudie donc la variation des particules, c’est-à-dire leur passage d’un état à un autre. Chose extrêmement complexe. Car du moment où l’on place une machine d’observation dans ce processus de variation, cela crée un contact, une interférence capable de fausser la totalité du résultat… Et tant que cet élément perturbateur subsistera, l’existence d’un super ordinateur quantique demeurera hautement compliqué.

Train en lévitation, catalyseurs à pollution : les cas d'usages probables

Les applications probables sont légion. Outre la résolution de calculs, l’ordinateur quantique pourrait tout d’abord servir à réduire la pollution provoquée par la production de carbone. En créant un catalyseur à même de déterminer la variation d’un atome de dioxyde de carbone, il est concevable d’établir un moyen de transformer cette pollution en une autre particule, plus protectrice de l’environnement.

Ainsi la chimie physique des matériaux pourrait résoudre la question de la modification d’un atome et ouvrir la voie à la mise en place de systèmes recueillant le CO2 directement branchés aux pots d’échappement des véhicules, à la sortie des bouches des usines… pour ensuite recracher de l’oxygène.

La mobilité est également un domaine qui pourrait connaitre un véritable saut quantique. En analysant le changement des particules en mouvement, il est possible de créer des systèmes supraconducteurs sans friction. On pense par exemple au train à sustentation énergétique, qui lévite à quelques millimètres au-dessus du sol, qui progresserait uniquement sur la modulation des particules se trouvant entre ses « roues » et les rails.

Enfin, la limitation de la consommation d’énergie est une application concrète à laquelle pourrait s’attaquer l’ordinateur quantique. Actuellement, l’un des domaines les plus gourmands en gaz naturel est la création d’engrais (qui nécessite entre 3 et 5% de la production totale mondiale selon Microsoft). Là encore, si un ordinateur quantique savait comment les particules d’azote se créent à l’instant T, il pourrait créer un catalyseur capable d’élaborer ces mêmes atomes, sans aucune intervention.

Quantum theory: it's unreal

Une technologie sensible à toute intervention humaine

Le principal problème de l’ensemble de la technologie quantique est qu’elle est en permanence en contact avec le monde extérieur. Pour agir, les qubits ont besoin d’être dans un environnement stable. Ils ne sont efficaces qu’à des températures extrêmement basses. On parle ici d’approcher le zéro absolu à environ 20 milli kelvins (soit vingt millièmes de degré au-dessus du zéro absolu), une température plus froide que l’endroit le plus froid de l’univers connu. « C’est un peu comme observer un chat dans une boîte fermée avec une dose mortelle de poison pouvant s’activer aléatoirement. Tant que la boite n’est pas ouverte, personne ne sait dans quel état se trouve le chat. Mort ou vivant, il faut ouvrir la boîte et donc altérer l’état du chat », résume Bernard Ourghanlian directeur technique et sécurité de Microsoft France.

Outre cet exercice de pensée, d’autres éléments humains sont de nature à mettre des bâtons dans les roues de la création d’un véritable ordinateur quantique. Cette structure a besoin d’énergie, de beaucoup d’énergie, pour être maintenue dans ce même état de stabilité permanente. Le refroidissement du système représente un gouffre énergétique, rendant de fait la technologie inaccessible aux bourses les moins fournies.

En quelle année sera créé l'ordinateur quantique ?

Bernard Ourghanlian explique : « Le problème est que l’on sait donner une existence mathématique à la technologie quantique, c’est admis par les scientifiques. Mais son application rationnelle n’est pas encore démontrée. A ce jour, aucune interprétation ne fait l’unanimité chez les physiciens ». C’est pourquoi il estime que ces machines n’arriveront que dans un horizon de 10 à 15 ans.

Actuellement, Microsoft a élaboré un ordinateur topologique quantique. Cette machine a connu un essor en 2012 après que les chercheurs du groupe ont confirmé en 2012 une théorie (dite des fermions de Majorana) datant de… 1937. Cette structure reproduit non pas les principes de l’ordinateur quantique mais s’en approche.

De son côté, Google a annoncé viser « la suprématie quantique ». La firme travaille depuis des années sur l'informatique quantique. En mars, elle a présenté un processeur (baptisé Bristlecone) qui vise à améliorer la fiabilité et la stabilité des calculs impliquant un grand nombre de qubits. Ce faisant, Google cherche à se rapprocher de la « suprématie quantique ». La firme américaine a ainsi présenté un processeur capable de faire fonctionner une puce à 9 qubits.

Un test à échelle réduite dans la mesure où cette puissance est en soi trop faible pour servir à toute recherche de pointe. Google communique d’ailleurs avec timidité sur la question. Le groupe précise être « prudemment optimiste sur le fait que la suprématie quantique puisse être atteinte avec Bristlecone », tout en mentionnant que personne n’est, à ce jour, parvenu à mettre tout le monde d’accord sur le sujet. 0-0 balle au centre.

Intelligence artificielle et téléportation quantique : sommes-nous réellement prêts ?

L’ordinateur quantique n’existe certes pas encore mais certaines théories ont été prouvées. C’est par exemple le cas d’intelligences artificielles dont les algorithmes ont été enrichis par des théorèmes quantiques. Certaines fonctions mathématiques quantiques sont ainsi ajoutées pour que les machines apprennent plus rapidement. A ce jour, les robots apprennent principalement de manière supervisée (une IA ne progresse qu’après avoir avalé des tonnes d’informations). Avec une dose de quantique, elle commence à penser par elle-même…

Autre principe fondateur, les chercheurs ont démontré que l’état de deux particules pouvait être identique, et ce même si elles sont présentes à des millions d’années lumières de distance. La téléportation quantique ne signifie pas que ces deux éléments sont capables de se matérialiser à n’importe quel endroit. Mais cela veut dire qu’elles peuvent passer d’un état à un autre au même moment, sans qu’aucune information ne soit transmise entre elles.

Cette théorie signifie que toutes choses dans notre univers -ou dans d’autres univers parallèles- sont liées entre elles. De quoi entrevoir de larges ouvertures pour ce que pourrait produire l’ordinateur quantique de demain. Un monde dans lequel les questions mathématiques, de mobilité et pourquoi pas philosophiques pourraient trouver leur réponse instantanément. Un saut quantique dans l’inconnu en somme.

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