Calculateur quantique

Pages: 28 (6765 mots) Publié le: 27 mai 2013
Calculateur quantique

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Calculateur quantique
Un calculateur quantique ou ordinateur[1] quantique repose sur des propriétés quantiques de la matière : superposition et intrication d'états quantiques. De petits calculateurs quantiques ont déjà été construits dès les années 1990 et la recherche progresse, bien que lentement, depuis. Ce domaine est soutenu financièrement par plusieursorganisations, entreprises ou gouvernements en raison de l'importance de l'enjeu : au moins un algorithme conçu pour utiliser un circuit quantique, l'algorithme de Shor, rendrait possible de nombreux calculs combinatoires[2] hors de portée d'un ordinateur classique en l'état actuel des connaissances. La possibilité de casser les méthodes cryptographiques classiques est souvent mise en avant. Ladifficulté actuelle majeure (depuis 2008) concerne la réalisation physique de l'élément de base de l'ordinateur quantique : le qubit. Le phénomène de décohérence (perte des effets quantiques en passant à l'échelle macroscopique) freine le développement des calculateurs quantiques.

La Sphère de Bloch est une représentation d’un qubit

Intérêt des calculateurs quantiques
Selon l'empirique loi de Moore,la taille des transistors approchera celle de l'atome à l'horizon 2020. À cette échelle, les effets quantiques perturbent le fonctionnement des composants électroniques[3]. Si de grands calculateurs quantiques (plus de 300 qubits) pouvaient être construits — ce qui n'est pas assuré — ils seraient capables, d'après David Deutsch[4], de simuler le comportement de l’univers lui-même[5]. Ilspourraient également résoudre des problèmes de cryptanalyse en un temps polynomial — et non exponentiel comme un ordinateur classique. Les calculateurs quantiques demandent des techniques de calcul différentes de la programmation, mais utilisant beaucoup l'algèbre linéaire classique. Des moyens de chiffrement quantique existent également dans le commerce. Ils ne demandent pas de calculateur quantique etdemandent une mise en place plus complexe qu’un chiffrement standard, mais rendent toute interception de message immédiatement détectable. Que des calculateurs quantiques de taille intéressante soient possibles ou non à terme, leur premier avenir commercial ne sera probablement pas dans le grand public : le calcul quantique exige peu d’entrées et peu de sorties. Il ne se prête donc a priori qu'auxcalculs dont la complexité réside dans la combinatoire. On trouve ces problèmes dans l’ordonnancement et les autres calculs de recherche opérationnelle, en bio-informatique, et bien entendu en cryptographie. Le faible volume des entrées-sorties par rapport à celui du traitement semble rendre plausible leur usage à distance, à travers le réseau Internet.

Calculateur quantique

2Confidentialité des requêtes
Si les transmissions quantiques se généralisent dans l’avenir, elles assureront une confidentialité totale[]. On ne peut en effet pas réaliser une copie exacte de l'état intriqué d'un qubit : cette règle est connue sous le nom de théorème de non-clonage[]. Si un nœud intermédiaire essaie de copier une requête quantique, il la perturbera nécessairement[]. L'émetteur de la requêtepourra détecter l'existence éventuelle de cette perturbation[].

Algorithmes utilisant des circuits quantiques
Comme indiqué plus haut, la combinatoire constitue le domaine d'application privilégié des futures cartes de calcul quantique, si elles existent un jour. Ainsi il peut être très difficile de trouver tous les facteurs premiers d’un grand nombre (par exemple de 1000 chiffres). Ceproblème de factorisation est difficile pour un ordinateur ordinaire à cause de l’explosion combinatoire. Un circuit de calcul quantique pourrait résoudre ce problème en un temps polynomial, c’est-à-dire que pour l’ordinateur quantique, la difficulté augmenterait polynomialement au lieu d’augmenter exponentiellement. Une analogie possible est de se représenter un calculateur quantique comme un...
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