Ordinateur quantique, la fin de l’ère numérique ?

Quelques points de repères

Et si l’ère du numérique n’avait duré que quelques décennies, à savoir depuis les premiers ordinateurs fonctionnant sur la base de 1 et de 0 dans les années 50 ? C’est ce qu’affirme le Luxembourgeois Foni Raphaël Lebrun qui mène ses recherches en Grande-Bretagne dans la section de physique et d’astronomie à l’occasion d’un doctorat consacré aux ordinateurs quantiques.

Les ordinateurs à transistors électroniques actuels fonctionnent de façon binaire sur la base de suite de 1 et de 0, mais l’amélioration continue des transistors, prévue par la loi de Moore s’est achevée. Intel atteignant presque la taille de l’atome avec des gravures réalisées à 14 nanomètres. Le principe édicté par Moore en 1965 selon lequel la puissance des processeurs double, à prix constant, tous les 18 mois n'est plus valable depuis 2015 et sa caducité motive la recherche de nouvelles puissances de calcul pour répondre aux besoins toujours plus goulus de traitement des données.

Les ordinateurs quantiques jouent des propriétés de la matière, en effet dans le monde de l’infiniment petit l’ubiquité existe ! La façon dont la lumière et la matière se rencontrent à l’échelle nanométrique conduit à des approches radicalement différentes de l’informatique et des télécommunications. Une particule peut avoir plusieurs états dans le même temps et dans certaines situations. La superposition et l’intrication sont deux phénomènes clés en physique quantique :

• Superposition : « un même état quantique peut posséder plusieurs valeurs pour une certaine quantité observable » (wikipédia). Une même particule peut être vue statistiquement dans une variété d’endroits différents avec des probabilités diverses.
• Intrication : « deux particules ont des états quantiques dépendant l'un de l'autre quelle que soit la distance qui les sépare » (wikipédia)

L'idée d'ordinateur quantique est particulièrement présente dans les travaux de Richard Feynman.

 « Le premier processeur quantique est créé en 2009 à l'Université Yale : il comporte deux qubits composés chacun d'un milliard d'atomes d'aluminium posés sur un support supraconducteur » (Wikipédia).

Intel annonce un ordinateur à 49 qubits encore éloigné des performances des 3,2 millions de transistors de sa puce core i7. La difficulté de mise au point des ordinateurs quantiques réside dans la nécessité d’opérer avec des supraconducteurs dans un froid proche du zéro absolu (-273°C) nécessaire à l’intrication quantique. L'une des difficultés repérées restant la température idéale à laquelle les superpositions peuvent se produire.

Cependant en travaillant avec la société Qutech, Intel serait capable de produire des ordinateurs quantiques avec des spin-qubits, une forme spécifique de qubits qui s’affranchissent de supraconducteurs et peuvent être gravés sur du silicium. Une seconde approche plus facile à mettre en œuvre.

Les grands opérateurs tels qu'IBM ou Microsoft travaillent à construire des ordinateurs quantiques plus puissants que les ordinateurs actuels. 50 start-ups européennes constituent aussi un écosystème de recherche prometteur.

Si la recherche continue de progresser la promesse  se réaliserait dans un délais de 5 ans. D’autres prédictions plus pessimistes voient l’ordinateur quantique disponible vers les années 2050, car non content de régler les questions de températures les architectes devront aussi résoudre le problème de la décohérence, c’est-à-dire du passage d’un calcul d’un univers de physique quantique à un univers de physique classique. La qualité de résultat d’un calcul quantique souffre du passage vers un univers de physique classique. Car les calculs sont sensibles à la moindre modification d'une donnée et le passage et l’interprétation dans l’univers physique en produit de nombreuses. À quoi tout cela nous conduit-il en matière d’usages ?

Usage de l’informatique quantique

Les ordinateurs quantiques peuvent exécuter des algorithmes de recherche et d’optimisation afin d’analyser efficacement de grandes quantités de données ou de trouver une solution à un problème d’optimisation complexe. Grace aux propriétés d’intrication et de superposition, ils calculent toutes les possibilités en même temps. Ils permettent donc une progression exponentielle des calculs. Cette puissance de calcul va permettre de tester la meilleure des hypothèses parmi toutes celles possibles et d’optimiser toutes les formes de design ou de modèle, mais aussi d’accélérer le développement des intelligences artificielles.

L’enjeu est immense, les investissements pour explorer ces usages explosent avec plus de 248 millions de dollars d’investissement en 2017 contre seulement 46 en 2016, d’après CB Insights, entreprise américaine spécialisée dans la prospective technologique.

Pour l’instant les usages et bénéfices d’une puissance de calcul décuplée sont envisagés, pour de la cryptographie, des télécommunications quantiques, de la métrologie quantique ou de l’imagerie médicale quantique ou encore la recherche en pharmacie.

Une société comme Atos commence à former des développeurs quantiques pour imaginer les environnements logiciels de demain et Microsoft a déjà imaginé un Quantum Development Kit pour favoriser ce nouveau langage nommé #Q.

Pour la dimension pédagogique ou les sciences humaines, la réflexion même théorique semble peu avancée, tout reste à imaginer. Peut-on réellement modéliser le comportement humain et le mettre en algorithme ?

• Oui, selon une étude parue dans la revue «Journal of Theoretical Biology», sous la conduite de David Rudrauf  la Section de psychologie (FPSE). Elle aborde la modélisation de la conscience humaine qui établit une structure formelle par laquelle « L'individu recherche toutes choses susceptibles de lui apporter du plaisir tout en étant inoffensives et compatibles avec ses normes morales ». Cet algorithme d’optimisation peut être mis en équation. Au bout de 10 ans, l’équipe internationale identifie une « conscience projective » et un « ensemble de paramètres conscients et inconscients, qui se télescopent sans cesse lors de chaque prise de décision ».
   
• Non, le rêve mathématique de mettre l’homme en équation est inaccessible, l’homme serait imprédictible selon Pablo Jensen physicien et directeur de recherche au CNRS. Ce chercheur nous rappelle une vérité scientifique : la relativité des chiffres et la fragilité des hypothèses. Par contre le rêve hérité de la « République » de Platon de lois justes et parfaites pour tous hante les gouvernements qui s’efforcent de réguler les comportements humains. Le risque est plutôt celui d’un effet trompeur d’objectivité.

À ce stade il est difficile d’imaginer ce que serait une pédagogie quantique, ou le vrai et le faux seraient simultanément possibles, ou toutes les options et leurs conséquences seraient sur la table, sans risquer de glisser d’un monde faussement objectif des chiffres, à un monde de croyances. Peut-être que cela vaudrait la peine de mener des recherches exploratoires sur la question ?

Mise en garde : cet article est un essai de vulgarisation de notions difficiles pour alerter la communauté des pédagogues des enjeux de l’informatique quantique. N’hésitez pas à creuser à des sources averties par exemple le Blog d’Olivier Ezratty.

Source

Wikipédia – calculateur quantique - https://fr.wikipedia.org/wiki/Calculateur_quantique

01net.com – Intel frôle la suprématie quantique avec un processeur 49 qubits 
https://www.01net.com/actualites/ces-2018-intel-frole-la-suprematie-quantique-avec-un-processeur-49-qubits-1346276.html

Frenchweb – comprendre l’informatique quantique 
https://www.frenchweb.fr/comprendre-linformatique-quantique-basiques/330337

Comprendre l’informatique quantique -
http://www.oezratty.net/wordpress/2018/comprendre-informatique-quantique-scientifiques/

Science.lu -  Les ordinateurs quantiques, le début de la fin de l’ère numérique
http://www.science.lu/fr/content/les-ordinateurs-quantiques-le-d%C3%A9but-de-la-fin-de-l%E2%80%99%C3%A8re-num%C3%A9rique

Atelier BNP Paribas - Usages des ordinateurs quantiques
https://atelier.bnpparibas/prospective/article/usages-ordinateur-quantique

Wikipédia – Histoire numérique - https://fr.wikipedia.org/wiki/Histoire_num%C3%A9rique

Usine Nouvelle - Une percée de la recherche européenne dans l’ordinateur quantique en solicium
https://www.usinenouvelle.com/article/une-percee-europeenne-dans-l-ordinateur-quantique-en-silicium.N725734

Les échos – Les promesses de l’ordinateur quantique
https://www.lesechos.fr/27/05/2013/LesEchos/21443-053-ECH_les-promesses-de-l-ordinateur-quantique.htm

Qutech https://qutech.nl/

Programmez.com – Quantum development kit 
https://www.programmez.com/actualites/q-et-quantum-development-kit-preview-la-programmation-quantique-dans-visual-studio-26870

Futura science - Ordinateur quantique
https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-ordinateur-quantique-4348/

L'usine nouvelle https://www.usinenouvelle.com/article/l-ordinateur-quantique-une-puissance-sans-egal-mais-en-devenir.N722119

Frenchweb 50 start-ups européennes qui accompagnent la révolution de l’ordinateur quantique
https://www.frenchweb.fr/50-startups-europeennes-qui-accompagnent-la-revolution-de-lordinateur-quantique/333189

Savoirs Sciences – Première modélisation de la psychologie humaine  
https://www.tdg.ch/savoirs/sciences/Premiere-modelisation-de-la-psychologie-humaine/story/30796492

UNIGE Le journal n°134
https://www.unige.ch/lejournal/numeros/134/article-point-fort/

Le temps – L’être humain peut-il être modélisé ?
https://www.letemps.ch/societe/letre-humain-peutil-modelise

Libération.fr Pablo Jensen Transformer le monde en chiffres est une opération très subjective  http://www.liberation.fr/debats/2018/05/04/pablo-jensen-transformer-le-monde-en-chiffres-c-est-une-operation-tres-subjective_1647926

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