Q

Qubit

L'année 2025 a été déclarée année mondiale du quantique par l'ONU (voir https://quantum2025.org/fr/a-propos-de-laiv/), marquant le centenaire d'une découverte majeure de la physique moderne qui a ouvert en grand les portes de la compréhension de l'infiniment petit. 1925 : en janvier-février, Louis de Broglie publie, dans les Annales de Physique - 10ème série Tome III, un article fondateur : Recherche sur la Théorie des Quanta, et de son côté, le physicien Erwin Schrödinger conçoit l'équation qui portera son nom et qui décrit l'évolution dans le temps d'une particule massive non relativiste, équivalent des lois de Newton pour la mécanique classique (principe du "plus tu pousses fort sur un objet, plus il accélère, et plus il est lourd, plus c’est dur de le faire accélérer")

Revenons à nos mou- pardon, Qubits... La physique quantique est suffisamment vaste pour impacter moults champs d'étude, et notamment, celui qui nous préoccupe ici, à savoir le numérique.

Jusqu'à récemment, nous évoluions dans un monde délicieusement binaire, peuplé de 0 et de 1, les fameux binary digits, ou bits. 2 valeurs possibles : 0 ou 1, jusqu'ici tout va bien. Sauf que le monde quantique s'est invité et a introduit un nouvel élément, à savoir le quantum digit ou qubit. Lui aussi prend deux valeurs, notées |0> et |1> . Bon, ben pas de changement alors?

En fait si, et pas un petit :

C'est ce qu'on appelle la notion de superposition, fondamentale en physique quantique. On s'arrête là?

Evidemment que non! On va rajouter à cela un second principe, celui de l'intrication : concrètement, dans la physique classique, si je lance en même temps deux pièces de monnaie, elles sont indépendantes et une fois retombées au sol, on aura 4 combinaisons possibles : (pile;pile), (pile;face), (face;pile), (face;face). Eh bien en physique quantique, l'état d'une pièce dépend de l'autre, on aura donc au final seulement (pile;pile) ou (face;face).

Quel intérêt pour le calcul informatique? La rapidité vertigineuse pour effectuer des calculs complexes. Prenons un octet, donc 8 bits. Explorer les différents états des bits qui le constituent (0 ou 1) revient à faire 256 calculs. Un qubit représentant à la fois les deux états (|0> et |1>), 8 qubits représenteront les 256 états possibles, autrement dit on n'aura besoin que d'un seul calcul pour tout explorer!

Quant à l'intrication quantique, elle va permettre de créer des portes logiques, lesquels permettent d'obtenir des algorithmes, qui eux-mêmes sont la base de programmes informatiques, aboutissant dès lors à la création d'ordinateurs quantiques.

Cette puissance phénoménale de calcul, réelle une menace pour la sécurité, informatique est aussi une formidable opportunité pour de nombreux domaines de la vie quotidienne :

• Découverte de médicaments : Accélération de la simulation d'interactions moléculaires complexes.
• Secteur énergétique : Optimisation de la conception des batteries et recherche sur la fusion nucléaire.
• Intelligence artificielle : Amélioration des capacités de traitement et de simulation.
• Imagerie médicale : Amélioration de la détection.