Course à l’ordinateur quantique : aux origines d’une créature hybride

Pour mieux comprendre l’ordinateur quantique et la course technologique qu’il génère, nous vous proposons ici le premier article d’une série à suivre avec d’autres éclairages dans les prochaines semaines.


Le 21 janvier 2021 était annoncé le « Plan Quantique », une stratégie nationale au budget de 1,8 milliard d’euros, faisant suite au rapport parlementaire « Forteza » du 9 janvier 2020 intitulé « Quantique : un virage que la France ne doit pas rater ».

À terme, les technologies quantiques pourraient permettre de réaliser des ordinateurs extrêmement rapides et puissants. Ceux-ci pourraient révolutionner tout ce qui dépend actuellement de l’informatique, des échanges financiers à la recherche de pointe, justifiant les investissements massifs et la course à la technologie des états et des GAFAMs.

Mais à l’heure actuelle, ces promesses restent en grande partie théoriques. Alors, pourquoi tant d’engouement pour l’ordinateur quantique ? Comment en est-on venu à accoler ces deux termes provenant de disciplines qui n’ont a priori rien à voir ?

Pour saisir les origines de cette créature hybride, entre physique et informatique, nous allons remonter loin, presque au tout début.

L’âme de tous les ordinateurs : la machine de Turing

En 1936, le mathématicien britannique Alan Turing, l’un des fondateurs de l’informatique, décrit la machine « de Turing » qui sera le « moule » de tous nos ordinateurs. Cette machine peut être programmée pour résoudre des problèmes de la façon suivante : on donne une entrée, puis la machine calcule en plusieurs étapes jusqu’à s’arrêter pour renvoyer sa sortie en réponse.

L’idée première de cette machine est de modéliser un humain muni d’un papier et d’un stylo, à qui l’on a fourni des instructions très précises, le fameux « computer », dans la langue de Turing. Fait surprenant, les nombreuses autres propositions qui ont été faites dans le même but se sont toutes révélées égales en puissance aux machines de Turing. On résume cela par la thèse de Church-Turing étendue, qui s’énonce ainsi :

« Tout calculateur raisonnable peut au mieux résoudre les mêmes problèmes et avec la même efficacité que la machine de Turing. »

Cette thèse n’est pas un énoncé mathématique rigoureux que l’on peut espérer prouver, mais elle peut être réfutée. Il suffirait pour cela de trouver un meilleur modèle de calcul… mais jusqu’à présent, aucun n’a pu faire mieux que la machine de Turing. Enfin presque.

L’avènement du quantique

Les physiciennes et physiciens se sont très tôt intéressés aux ordinateurs comme des outils de « simulation » : en insérant des lois physiques dans le programme de l’ordinateur, on peut imiter la nature.

La Matrice, portée à l’écran en 1999 par les sœurs Wachowski, est un exemple d’un tel programme, que des machines malveillantes ont…

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Auteur: Titouan Carette, Chercheur post-doctoral en informatique quantique, Université Paris-Saclay