Les avantages d'un ordinateur quantique :

Navigation : un système GPS ne peut pas fonctionner partout sur la planète, et en particulier sous l'eau. Un ordinateur quantique exige pour son fonctionnement que les atomes soient sur-refroidis et en suspension, dans un état qui les rend particulièrement sensibles. Pour tirer parti de cette hypersensibilité, des équipes de scientifiques s'affairent aujourd'hui à mettre au point une sorte d'accéléromètre quantique qui pourrait produire des données très précises sur les mouvements.

Le laboratoire français de Photonique Numérique et Nanosciences réalise actuellement des travaux pour construire un composant hybride qui associe un accéléromètre quantique à un accéléromètre classique, puis utilise un filtre passe-haut pour soustraire les données classiques des données quantiques. Le résultat de leurs recherches pourrait se présenter sous la forme d'un compas quantique extrêmement précis qui éliminerait les dérives de biais et de facteurs d'échelle couramment associées aux composants gyroscopiques.

Sismologie : cette même sensibilité extrême peut également être exploitée pour détecter la présence de gisements de pétrole et de gaz, ainsi qu'une activité sismique potentielle, dans des endroits où les capteurs conventionnels n'ont pas encore pu être explorés. C'est du moins ce que pense QuantIC, le centre de technologie d'imagerie quantique dirigé par l'Université de Glasgow.

Il a démontré, en juillet 2017, en collaboration avec le fournisseur commercial d'outils photoniques M Squared, comment un gravimètre quantique détecte la présence d'objets profondément enfouis en mesurant les perturbations dans le champ gravitationnel. Si un tel dispositif devient non seulement pratique mais portable, l'équipe estime qu'il pourrait devenir inestimable dans un système d'alerte rapide pour prédire les événements sismiques et les tsunamis.

Produits pharmaceutiques : dans leurs recherches portant sur le traitement de la maladie d'Alzheimer ou de la sclérose en plaques, les scientifiques utilisent des logiciels qui modélisent le comportement des anticorps artificiels au niveau moléculaire. L'an dernier, la société de neurosciences Biogen s'est associée à Accenture, cabinet de conseil en informatique, et à 1QBit, société de recherche en informatique quantique, pour concevoir un nouveau modèle de simulation moléculaire qui pourra être exécuté sur des plateformes classiques, ainsi que sur des plateformes quantiques actuelles et futures.

Une méthodologie mise au point par les chercheurs de 1QBit consiste à traduire des diagrammes moléculaires traditionnels en graphiques remplis de points, de lignes et de courbes qui, bien qu'apparemment plus confus en surface, s'appliquent plus directement à un modèle quantique et pourrait donner des résultats thérapeutiques révolutionnaires.

Passons maintenant à la question plus controversée : supposons que quelqu'un a construit un mécanisme qui a réussi à franchir les obstacles imposés par la physique quantique, produisant un ordinateur quantique complet capable d'exécuter toutes les tâches actuellement reléguées au domaine de la théorie et de la simulation.

Selon les experts dans ce domaine, qu'est-ce qu'un ordinateur quantique devrait alors être capable de faire, en supposant que chaque phénomène que les physiciens ont théorisé et que les scientifiques ont observé et vérifié, est exploitable en fin de compte ?

Physique : Celle-ci devrait être assez évidente. C'est en fait la raison d'être même du concept. Lors d'un discours prononcé en 1981 au Caltech, le professeur Richard Feynman, père de l'électrodynamique quantique (QED), a suggéré que la seule façon de construire une simulation réussie du monde physique au niveau quantique serait via une machine qui obéirait aux lois de la mécanique quantique.

C'est au cours de ce discours que le chercheur a expliqué qu'il ne suffirait pas qu'un ordinateur génère une table de probabilité et, pour ainsi dire, lance des dés. Il lui faudrait de plus un mécanisme qui se comporterait de la même façon que le comportement qu'il prétendrait simuler, pour produire des résultats que les physiciens eux-mêmes n'auraient pas imaginé.

Machine Learning : les systèmes quantiques peuvent être conçus pour "apprendre" des modèles d'états en vagues simultanées énormes plutôt qu'en balayages successifs et séquentiels. Mais si les mathématiques peuvent circonscrire un ensemble de résultats quantiques probables, ils ne peuvent pour l'heure pas simuler comment ces résultats peuvent être atteints. De quoi douter de l'imminence d'un Machine Learning quantique, qui prendra des années à se développer.

Décryptage : ce qui rend les codes de chiffrement si difficiles à déchiffrer, même pour les superordinateurs modernes, c'est le fait qu'ils sont basés sur des facteurs de nombres extrêmement élevés, nécessitant un temps excessif pour être isolés par "force brute".

Un ordinateur quantique opérationnel devrait isoler et identifier ces facteurs en quelques instants seulement, rendant le système de codage RSA obsolète. En 1994, Peter Shor, professeur au MIT, a mis au point un algorithme quantique pour factoriser les valeurs, que les expérimentateurs qui construisent des systèmes quantiques à faible débit ont déjà testé avec succès, bien qu'avec des quantités plutôt faibles. Lorsque les ordinateurs quantiques à large qubit seront réalité, peu de chercheurs doutent de la puissance de l'algorithme de Shor pour démolir toute la cryptographie actuelle.

Chiffrement : pour certains, il s'agit là d'une réelle opportunité. Un concept appelé distribution de clés quantiques (QKD - quantum key distribution) permet d'espérer théoriquement que les clés publiques et privées que nous utilisons aujourd'hui pour chiffrer les communications pourront bientôt être remplacées par des clés quantiques soumises aux effets de l'intrication.

Théoriquement, toute tierce partie brisant la clé et tentant de lire le message détruirait immédiatement le message pour tout le monde. La théorie de la QKD est basée sur une hypothèse énorme qui doit encore être testée dans le monde réel : que les valeurs produites avec des qubits enchevêtrés sont elles-mêmes enchevêtrées et sujettes à des effets quantiques partout où elles vont.