Les ordinateurs quantiques pourraient provoquer des perturbations sans précédent, à la fois bonnes et mauvaises, du déchiffrement du cryptage qui sécurise nos données à la résolution de certaines des énigmes les plus insolubles de la chimie. De nouvelles recherches nous ont donné plus de clarté sur le moment où cela pourrait se produire.
Les schémas de cryptage modernes reposent sur des problèmes mathématiques extrêmement difficiles qui prendraient même des siècles aux superordinateurs les plus grands pour être résolus. Mais les capacités uniques d'un ordinateur quantique signifient qu'avec une taille et une puissance suffisantes, ces problèmes deviennent simples, rendant le cryptage actuel inutile.
C'est un gros problème pour la cybersécurité, et cela pose également un défi majeur pour les crypto-monnaies, qui utilisent des clés cryptographiques pour sécuriser les transactions. Si quelqu'un pouvait déchiffrer le schéma de cryptage sous-jacent utilisé par Bitcoin, par exemple, il pourrait falsifier ces clés et modifier les transactions pour voler des pièces ou mener d'autres activités frauduleuses.
Cela nécessiterait des ordinateurs quantiques beaucoup plus grands que ceux que nous avons aujourd'hui, mais la taille exacte n'est pas claire. Un nouvel article publié dans AVS Quantum Science par des chercheurs de la startup britannique Universal Quantum a établi qu'il faudrait une machine avec 317 millions à 1,9 milliard de qubits pour casser Bitcoin.
La gamme de qubits est large car il existe une fenêtre variable dans laquelle les transactions sont vulnérables. C'est pendant qu'ils attendent d'être traités, ce qui prend normalement entre dix minutes et une heure. Un ordinateur quantique au bas de cette échelle serait capable de détecter certaines transactions, mais seulement 1,9 milliard de qubits garantiraient que vous pourriez toutes les cibler. Parfois, les transactions peuvent prendre jusqu'à une journée, auquel cas les chercheurs ont calculé que vous n'auriez besoin que de 13 millions.
Il est important de noter que ces chiffres concernent un type spécifique d'ordinateur quantique. Des choses comme le temps qu'il faut pour effectuer une seule opération ou la quantité d'erreurs qui se glissent dans les calculs peuvent varier considérablement en fonction du type spécifique de matériel utilisé pour construire l'ordinateur quantique, et ces facteurs peuvent avoir un impact important sur le nombre de qubits requis. .
Pour contourner ce problème, les chercheurs ont créé un outil qui tient compte de ces caractéristiques matérielles lors du calcul de la taille d'un appareil nécessaire pour un problème spécifique. Les chiffres ci-dessus concernent une machine avec des temps de fonctionnement d'une microseconde, ce qui est typique pour les ordinateurs quantiques supraconducteurs construits par Google et IBM.
Les dispositifs à ions piégés, privilégiés par Universal Quantum, IonQ et Honeywell, ont des temps de fonctionnement plus proches de 235 microsecondes. Pour ceux qui s'appuient sur des qubits en silicium, les temps peuvent atteindre les millisecondes, ce qui peut augmenter considérablement le nombre de qubits requis.
Les chercheurs ont également étudié un autre problème où les ordinateurs quantiques sont censés faire exploser les ordinateurs conventionnels : la simulation de molécules. L'énorme complexité du calcul des interactions entre même un petit nombre de particules signifie que la plupart des modélisations chimiques reposent sur des approximations, et même celles-ci nécessitent des supercalculateurs. Mais les ordinateurs quantiques sont régis par les mêmes règles que les atomes et les molécules, et donc avec suffisamment de qubits, ils devraient être capables d'effectuer des simulations exactes dans des délais raisonnables.
Une cible prometteuse pour une telle modélisation est la molécule FeMoco que certaines plantes et certains micro-organismes utilisent pour fixer l'azote de l'air. Comprendre comment cela fonctionne pourrait conduire à des gains d'efficacité massifs dans la production d'engrais, une industrie qui utilise actuellement 2% de l'approvisionnement énergétique mondial.
Les ordinateurs conventionnels sont incapables de simuler la molécule, mais les chercheurs ont découvert qu'un dispositif supraconducteur pouvait résoudre les calculs en 10 jours en utilisant seulement 7,5 millions de qubits. En utilisant le même nombre de qubits, un dispositif à ions piégés prendrait 2 450 jours, ce qui n'est probablement pas pratique, mais vous pouvez obtenir un délai de 10 jours avec une machine de 600 millions de qubits.
La conception spécifique ciblée par Universal Quantum a cependant un tour dans sa manche. Les qubits supraconducteurs ne peuvent parler directement qu'à leurs voisins, et toute communication à longue portée nécessite des chaînes d'interactions de transmission de messages qui peuvent absorber de nombreuses opérations. En revanche, les ordinateurs à ions piégés sont capables de déplacer physiquement leurs qubits pour leur permettre d'interagir directement sur des distances beaucoup plus grandes.
Cela réduit le nombre d'opérations requises, ce qui devrait à son tour réduire le nombre de qubits nécessaires. Plus important encore, cela pourrait ouvrir la porte à de nouveaux schémas de correction d'erreurs qui pourraient être considérablement plus efficaces que ceux utilisés sur les dispositifs supraconducteurs.
Quoi qu'il en soit, la recherche suggère que le craquage du Bitcoin et la résolution de la fixation de l'azote sont probablement encore loin. Et plus important encore, cela montre que l'évolutivité va être extrêmement importante pour les ordinateurs quantiques, en particulier pour ceux basés sur des ions piégés, qui auront probablement besoin de beaucoup plus de qubits que leurs concurrents supraconducteurs.
Crédit image : Darwin Laganzon de Pixabay
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