Qu’est-ce que l’informatique quantique ?

L’informatique quantique est une technologie émergente qui cherche à utiliser la nature unique du domaine quantique (à l’échelle des atomes et des particules subatomiques) pour résoudre des problèmes complexes. En théorie, les grands ordinateurs quantiques pourraient résoudre certains types de problèmes, comme le déchiffrage de cryptogrammes ou la résolution de problèmes d’optimisation complexes, beaucoup plus rapidement que les ordinateurs classiques. Mais la technologie actuelle est loin d’être prête à relever ces défis.

Les ordinateurs quantiques utilisent les propriétés quantiques de particules élémentaires telles que les atomes, les électrons ou les photons avec des qubits. Ces derniers ont la particularité de pouvoir gérer des états superposant un 0 et un 1. Lorsqu’ils sont combinés, ils permettent de superposer un grand nombre de valeurs.

Au lieu d’utiliser le système binaire basé sur des 1 et des 0 (bits) de l’informatique classique, l’informatique quantique se base sur des qubits dont l’état peut être représenté à tout moment par un nombre complexe appelé amplitude, qui décrit la probabilité d’obtenir 0 ou 1 lors de la lecture de l’état du qubit. Selon les recherches actuelles, cette complexité pourrait rendre les ordinateurs quantiques plus aptes à résoudre des problèmes difficiles, en particulier les grands ordinateurs dotés de plusieurs milliers ou millions de qubits, voire plus.

Un qubit correspond à un système quantique-mécanique possédant deux états quantiques distincts et contrôlables, tels que la polarisation d'un photon de lumière, le niveau d'énergie d'un atome ou le spin d'un électron. Les qubits pouvant exister dans un plus grand nombre d’états que les bits standards, un ordinateur quantique peut traiter beaucoup plus d'informations par qubit qu'un ordinateur classique ne le peut par bit. Par exemple, alors que 1 024 bits fournissent 128 octets de RAM, la même quantité de données peut être stockée en utilisant seulement 10 qubits. Un ordinateur quantique de 1 000 qubit pourrait gérer 21 000 nombres différents.

De quoi pourraient être capables les ordinateurs quantiques ? Ces ordinateurs ne sont pas censés remplacer les ordinateurs classiques ou les superordinateurs. Ils seront sans doute plus performants pour certains types de tâches informatiques, mais leur apparence et leur fonctionnement seront très différents de ceux des appareils que nous utilisons aujourd’hui. De plus, les ordinateurs conventionnels resteront la meilleure option pour résoudre de nombreux problèmes. Toutefois, les ordinateurs quantiques pourraient présenter des avantages pour certains types de défis informatiques :

Le domaine de l’informatique quantique a connu un essor en 2019, lorsqu’un document de recherche ayant fait l’objet d’une fuite a indiqué que Sycamore, l’ordinateur quantique de Google, avait atteint la suprématie quantique. Ce terme désigne le fait qu’un ordinateur quantique est parvenu à solutionner rapidement un problème qu’aucun ordinateur classique ne pouvait résoudre dans un délai raisonnable.

En novembre 2021, un processeur de 127 qubits a franchi le cap des 100 qubits pour la première fois.

Les principaux obstacles sont le bruit et la décohérence. Lorsqu’une particule quantique n’est pas isolée du milieu environnant, toute interaction indésirable, comme le fait de prendre une mesure, peut la faire s’effondrer en un bit classique ayant une simple valeur de 0 ou 1. Le bruit et la décohérence sont donc à éviter, car les qubits ont une durée de vie très faible, actuellement de l’ordre de 100 µs pour les qubits supraconducteurs. Seules quelques portes quantiques peuvent être exécutées pendant ce laps de temps.

Le bruit et la décohérence des qubits nécessitent le recours à des codes de correction d’erreurs quantiques (QECC), qui combinent plusieurs qubits physiques en qubits logiques avec un taux d’erreur beaucoup plus faible et une durée de vie plus longue. Les concepts de QECC ont été validés à petite échelle dans des laboratoires, mais leur mise en œuvre reste difficile. Tout d’abord, la mise à l’échelle du nombre de qubits est compliquée, quel qu’en soit le type. En effet, le nombre de qubits physiques nécessaires pour créer un seul qubit logique peut atteindre le millier. Et il faut au moins 100 qubits logiques pour créer un ordinateur quantique universel utilisable, ce qui équivaut à un système de 100 000 qubits physiques. À l’heure actuelle, nous n’en sommes qu’à une centaine.

Les choses sont bien étranges au niveau quantique. Les objets quantiques agissent à la fois comme des ondes et des particules. Cependant, mesurer un objet quantique réduit la fonction d’onde, de sorte que l’observateur le voit comme une particule. Les objets quantiques peuvent également exister dans plusieurs états simultanément : c’est ce que l’on appelle la superposition. Ils peuvent également être intriqués avec d’autres objets quantiques.

Qu’est-ce que l’intrication quantique ? Ce phénomène implique que la mesure d’un objet affecte également l’objet intriqué, même s’ils sont éloignés l’un de l’autre. Les objets quantiques intriqués ont des états corrélés, mais aléatoires.

Ces comportements étant difficiles à comprendre et à expliquer, ils sont souvent décrits de manière trop simpliste. Par exemple, il est inexact d’expliquer qu’un qubit est « à la fois un 0 et un 1 ». Il est également peu probable que les ordinateurs quantiques soient toujours meilleurs et plus rapides que les ordinateurs classiques : pour certains types de problèmes, ces derniers représentent la meilleure option. Même dans le cas où les ordinateurs quantiques pourraient présenter un avantage, par exemple pour déchiffrer un cryptage, nous sommes loin d’être en mesure de construire un tel dispositif pour le moment.

Les ordinateurs quantiques actuels représentent une avancée considérable par rapport à leurs prédécesseurs. Mais ils n’ont pas encore prouvé leur efficacité pour résoudre des problèmes pratiques.

Alors quel est l’avenir de l’informatique quantique ? De nombreux chercheurs et fournisseurs industriels s’efforcent de franchir de nouvelles étapes. Cet élan se renforce également pour former la prochaine génération d’experts et de programmeurs en informatique quantique. Ces progrès devraient également stimuler la demande d’innovation dans des domaines comme le stockage cloud, le data mining et d’autres technologies.

Leader européen du cloud, OVHcloud est convaincu que l’informatique quantique constitue le prochain tournant technologique.

« Le 20^e siècle était atomique. Le 21^e siècle sera quantique. »
Octave Klaba, fondateur et président d’OVHcloud

L’investissement d’OVHcloud dans l’informatique quantique a pris plusieurs formes.

• OVHcloud propose la solution d’émulateur quantique la plus complète du marché en Europe, et celle-ci ne cesse de croître. À ce jour, 5 émulateurs sont disponibles : Felis d'Alice & Bob, Callisto de C12, Pulser de PASQAL, Perceval de Quandela et myQLM d'Eviden. D'ici l'été 2024, ces plateformes compteront plus de 1 000 utilisatrices et utilisateurs. À travers cette gamme unique de notebooks quantiques, OVHcloud a pour objectif de mettre toutes les technologies quantiques à la disposition du monde entier, en appliquant une approche agnostique.

• OVHcloud pilote la création d'un écosystème quantique européen. C’est pourquoi le Groupe s’appuie sur son Startup Program et aide déjà pas moins de 16 startups du domaine (hardware et software) à se développer. Et ce, en mettant notamment en place les derniers émulateurs ou en permettant l’accès aux ordinateurs quantiques de ces startups via les infrastructures OVHcloud. Le Groupe investit également dans le développement de l’écosystème quantique à travers différents événements : France Quantum, Le Lab Quantique, mais aussi des hackathons et des conférences.

• De plus, OVHcloud a acquis MosaiQ, un ordinateur quantique photonique de la société française Quandela, en mars 2023. Cet achat permet au Groupe d’accélérer ses efforts de R&D dans des domaines tels que la sécurité, où l’informatique quantique apporte de nouvelles perspectives sur ses produits et solutions. Il se consacre également à tester de nouveaux concepts en interne et à jeter les bases des futures technologies européennes qui seront utilisées par les acteurs industriels.

• Enfin, OVHcloud est impliqué dans le monde universitaire et la recherche. Par exemple, il offre aux étudiantes et étudiants des établissements d’enseignement supérieur tels que QuanTEdu-France ou Télécom Paris la possibilité de bénéficier de 80 heures d’accès à la gamme d’émulateurs du Groupe. De plus, certains élèves peuvent accéder au processeur quantique (QPU) Quandela d’OVHcloud via le cloud une fois leurs applications vérifiées. 

OVHcloud continue d’investir dans l’avenir et l’innovation en contribuant à la croissance de l’écosystème quantique français et européen.

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