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La technologie quantique se rapproche du grand public. Goldman Sachs a récemment annoncé qu'il pourrait introduire des algorithmes quantiques pour évaluer les instruments financiers d'ici cinq ans. Honeywell prévoit que le quantum formera une industrie de 1 000 milliards de dollars dans les décennies à venir. Mais pourquoi des entreprises comme Goldman font-elles ce saut – en particulier avec les ordinateurs quantiques commerciaux qui sont peut-être dans des années ?
Pour comprendre ce qui se passe, il est utile de prendre du recul et d'examiner ce que font exactement les ordinateurs.
Commençons par la technologie numérique d'aujourd'hui. À la base, l'ordinateur numérique est une machine arithmétique. Il a rendu les calculs mathématiques bon marché et son impact sur la société a été immense. Les progrès du matériel et des logiciels ont rendu possible l'application de toutes sortes d'informatique aux produits et services. Les voitures, les lave-vaisselle et les chaudières d'aujourd'hui ont tous une sorte d'ordinateur intégré - et c'est avant même que nous n'arrivions aux smartphones et à Internet. Sans ordinateurs, nous n'aurions jamais atteint la lune ni mis de satellites en orbite.
Ces ordinateurs utilisent des signaux binaires (les fameux 1 et 0 du code) mesurés en "bits" ou octets. Plus le code est compliqué, plus la puissance de traitement requise est importante et plus le traitement prend de temps. Cela signifie que malgré toutes leurs avancées - des voitures autonomes aux grands maîtres battus aux échecs et au go - il reste des tâches avec lesquelles les appareils informatiques traditionnels ont du mal, même lorsque la tâche est dispersée sur des millions de machines.
Un problème particulier auquel ils sont confrontés est une catégorie de calcul appelée combinatoire. Ces calculs impliquent de trouver un arrangement d'éléments qui optimise un certain objectif. À mesure que le nombre d'éléments augmente, le nombre d'arrangements possibles augmente de façon exponentielle. Pour trouver le meilleur arrangement, les ordinateurs numériques d'aujourd'hui doivent essentiellement parcourir chaque permutation pour trouver un résultat, puis identifier celui qui réussit le mieux à atteindre l'objectif. Dans de nombreux cas, cela peut nécessiter un nombre énorme de calculs (pensez à casser les mots de passe, par exemple). Le défi des calculs combinatoires, comme nous le verrons dans une minute, s'applique à de nombreux domaines importants, de la finance à la pharmacie. C'est aussi un goulot d'étranglement critique dans l'évolution de l'IA.
Et c'est là que les ordinateurs quantiques entrent en jeu. Tout comme les ordinateurs classiques ont réduit le coût de l'arithmétique, le quantique présente une réduction de coût similaire au calcul de problèmes combinatoires décourageants.
La valeur du quantique
Les ordinateurs quantiques (et les logiciels quantiques) sont basés sur un modèle complètement différent du fonctionnement du monde. En physique classique, un objet existe dans un état bien défini. Dans le monde de la mécanique quantique, les objets n'apparaissent dans un état bien défini qu'après leur observation. Avant notre observation, les états de deux objets et leur relation sont des questions de probabilité. D'un point de vue informatique, cela signifie que les données sont enregistrées et stockées d'une manière différente - via des qubits d'informations non binaires plutôt que des bits binaires, reflétant la multiplicité des états dans le monde quantique. Cette multiplicité peut permettre un calcul plus rapide et à moindre coût pour l'arithmétique combinatoire.
Si cela semble hallucinant, c'est parce que ça l'est. Même les physiciens des particules ont du mal à comprendre la mécanique quantique et les nombreuses propriétés extraordinaires du monde subatomique qu'elle décrit, et ce n'est pas le lieu pour tenter une explication complète. Mais ce que nous pouvons dire, c'est que la mécanique quantique explique mieux de nombreux aspects du monde naturel que la physique classique, et qu'elle intègre presque toutes les théories produites par la physique classique.
Quantum se traduit, dans le monde de l'informatique commerciale, par des machines et des logiciels qui peuvent, en principe, faire beaucoup de choses que les ordinateurs numériques classiques peuvent faire et en plus faire une chose importante que les ordinateurs classiques ne peuvent pas : effectuer rapidement des calculs combinatoires . Comme nous le décrivons dans notre article, Applications commerciales de l'informatique quantique, cela va être un gros problème dans certains domaines importants. Dans certains cas, l'importance de la combinatoire est déjà connue pour être centrale dans le domaine.
Alors que de plus en plus de personnes se tournent vers le potentiel de l'informatique quantique, des applications au-delà de la simulation quantique et du chiffrement émergent :
La possibilité pour l'informatique quantique de résoudre des problèmes combinatoires à grande échelle plus rapidement et à moindre coût a encouragé des milliards de dollars d'investissement ces dernières années. La plus grande opportunité pourrait être de trouver davantage de nouvelles applications qui bénéficient des solutions offertes par le quantum. Comme l'a dit le professeur et entrepreneur Alan Aspuru-Guzik, « il y a un rôle pour l'imagination, l'intuition et l'aventure. Peut-être qu'il ne s'agit pas du nombre de qubits que nous avons ; c'est peut-être à propos du nombre de hackers que nous avons.
