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Ordinateurs quantiques, la quatrième révolution industrielle ?



Publié par La Rédaction le 4 Mars 2014

Face au problème posé par la loi de Moore, il semblerait qu'une solution ait été trouvée pour faire face à la miniaturisation des puces informatiques. Cette solution aurait déjà été évoquée en 1965 par Richard Feynman qui a mis en avant l'utilisation de la quantique pour prendre le relais de l'informatique actuel. Les ordinateurs utilisant une telle technologie seraient dotés d'une puissance de calcul accrue et permettraient la réalisation d'opérations équivalentes à plusieurs milliers de Teraflops.



Puce de D-Wave Systems, conçue pour se comporter comme un processeur quantique (Licence Creative Commons)
Puce de D-Wave Systems, conçue pour se comporter comme un processeur quantique (Licence Creative Commons)
Aller au-delà des lois de la physique

Les années 70 ont vu la commercialisation de l'Intel 4004, le premier microprocesseur qui marque le début de la miniaturisation des technologies informatiques. Cette puce comptait 2 300 transistors répartis sur 10 mm² et était considérée comme l'outil de calcul le plus puissant au monde. Bien avant l'arrivée de cette innovation, Gordon Moore avait pourtant déjà prédit que le nombre de composants intégrés sur une puce doublerait tous les 2 ans et que seule la physique freinerait cette avancée technologique d'ici 2020. Actuellement gravées en 22 nm, les puces auront bientôt atteint cette barrière physique et Intel prévoit d'ores et déjà des puces gravées à 10 nanomètres à l'horizon 2017.
Afin de répondre aux besoins d'un marché en perpétuelle évolution, les chercheurs envisagent cependant de passer outre cette limite. Les transistors et circuits imprimés ne seront dès lors plus présents dans l'informatique de demain, car ils seront remplacés par des nanotubes fonctionnant essentiellement sur la base de la physique quantique. L'innovation ? Tandis que les puces actuelles gèrent une quantité d'information à 2 valeurs (0 ou 1) communément appelé bit, l'informatique quantique peut gérer une quantité d'information possédant simultanément les 2 valeurs. Le terme qubit est alors utilisé pour désigner cette information. Concrètement, un ordinateur quantique réaliserait en quelques heures, voire moins, un calcul qui prendrait plusieurs mois au plus puissant des ordinateurs actuels.

Un défi important

L'informatique quantique est limitée par un phénomène dit de décohérence. Celui-ci est causé par la nature même des qubits qui se présentent sous la forme de particules élémentaires pouvant se présenter sous un nombre innombrable d'états grâce au parallélisme massif. La cohérence quantique ne dure que quelques millisecondes et réduit ainsi à un laps de temps relativement court l'utilisation d'un ordinateur doté de cette technologie. L'un des défis les plus importants de l'informatique quantique sera donc de créer un ordinateur qui ne serait pas soumis à la décohérence. Actuellement, seules 2 pistes réalistes sont explorées : la réduction du temps de manipulation du spin d'un électron à un niveau jamais atteint et l'augmentation de la durée de cohérence en recourant à des matériaux purs.
À l’heure actuelle, les qubits n'ont pu être maintenus cohérents que durant quelques secondes. Il semble cependant que les chercheurs soient sur la bonne voie et, si l'informatique de demain est basée sur la quantique, il se pourrait que les prochaines générations de machines soient aussi puissantes que les supercalculateurs actuels. Pour le futur, les appareils numériques pourront ainsi traiter un maximum d'informations en un minimum de temps, tout en affichant une consommation largement inférieure aux appareils utilisés aujourd’hui. L'autonomie d'un éventuel smartphone utilisant la quantique s'élèverait par exemple à plusieurs mois. En résumé, cette technologie pourrait servir à la reconstitution d'un phénomène aussi complexe que le Big-Bang tout en étant alimentée par une pile bouton.

Une révolution industrielle

Le D-Wave apparaît comme le premier ordinateur quantique à vocation commerciale. Conçue par l'entreprise canadienne D-Wave Systems, elle utiliserait 512 qubits et offrirait des performances 3 600 fois supérieures à un ordinateur classique. Il n'en existe actuellement que 2 exemplaires, chacun vendu respectivement à Lockheed Martin en 2011 puis à Google-Nasa au cours de cette année. Malgré une certaine polémique sur ces machines, l'ordinateur quantique semble être bel et bien une réalité et les multiples opportunités offertes par une machine de ce type sont réelles. La brèche menant vers l'informatique quantique est ainsi ouverte et la solution à la miniaturisation semble déjà toute trouvée.
Le rêve devient désormais réalité et de plus en plus de professionnels commencent à s'intéresser à cette technologie pour l'informatique de demain. Le « Quantum Valley Investments » accordé à la Quantum Valley, une unité de recherche dirigée par Mike Lazaridis, marque par ailleurs l'intérêt des investisseurs vis-à-vis de la quantique. D'autres professionnels du secteur informatique, comme IBM, travaillent également sur leur propre matériel. On peut ainsi s'attendre à ce que la puce informatique laisse réellement place à une technologie certes difficile à maîtriser, mais qui offre des possibilités inégalables en termes d'évolution numérique.