Publié le : 01/10/2024
Depuis plusieurs années, l’informatique quantique attire l’attention des chercheurs. Malgré un immense potentiel, ce domaine a dû faire face à de nombreux obstacles techniques, notamment la nécessité de maintenir les qubits à des températures extrêmement froides, proches du zéro absolu. Ce niveau de froid est essentiel pour permettre aux ordinateurs quantiques de fonctionner correctement, car il permet de tirer parti des propriétés uniques de la physique quantique.
Il existe deux grandes catégories d’ordinateurs : ceux que nous utilisons tous les jours, les ordinateurs classiques, et les machines quantiques, qui incarnent une approche totalement nouvelle de l’informatique. Pour bien saisir les enjeux actuels, il est important de comprendre les différences entre ces deux systèmes.
Les ordinateurs traditionnels, que ce soit pour des usages personnels ou professionnels, s’appuient sur des bits comme unités de base. Un bit peut prendre deux valeurs distinctes : 0 ou 1, qui symbolisent respectivement l’absence ou la présence d’un courant électrique. Ces bits, combinés à des algorithmes précis, permettent aux machines classiques d’exécuter une vaste gamme d’opérations de manière séquentielle, en traitant les informations étape par étape.
Cependant, ce modèle, bien que performant dans de nombreux domaines comme les calculs financiers ou les simulations, commence à montrer ses limites face à des problèmes d’une grande complexité, nécessitant une puissance de calcul bien supérieure.
À l’inverse des ordinateurs classiques, les ordinateurs quantiques fonctionnent sur des principes complètement différents, ceux de la mécanique quantique. Le qubit, qui remplace le bit classique, peut adopter plusieurs états simultanément, ce qui ouvre la voie à des calculs parallèles à une échelle inédite.
De plus, les qubits peuvent être "intriqués", ce qui signifie que deux qubits peuvent être connectés de manière à ce que l’état de l’un influence celui de l’autre, peu importe la distance qui les sépare. Cette particularité permet aux ordinateurs quantiques de traiter simultanément un nombre gigantesque de possibilités, surpassant de loin les performances des ordinateurs traditionnels pour certaines tâches spécifiques.
Malgré leur potentiel exceptionnel, les qubits sont extrêmement fragiles et sensibles à leur environnement. De légères perturbations extérieures, comme des variations de température ou des vibrations, peuvent facilement interférer avec leur fonctionnement, compromettant ainsi les calculs en cours. Cela représente un défi majeur, car une petite erreur sur un qubit peut affecter l’ensemble du calcul, rendant les résultats incorrects.
Pour contourner ce problème, il est indispensable de maintenir les qubits dans un environnement strictement contrôlé, exempt d’interférences extérieures.
Afin de préserver les propriétés quantiques des qubits, il est nécessaire de les maintenir à des températures extrêmement basses, proches du zéro absolu, soit -273,15°C. À ces niveaux de froid, les molécules vibrent moins et les champs magnétiques deviennent plus stables, ce qui permet aux qubits de rester fonctionnels plus longtemps.
Les matériaux supraconducteurs utilisés dans les qubits nécessitent également ces conditions extrêmes pour fonctionner de manière optimale, car ils ne laissent passer le courant électrique qu’à ces basses températures, sans aucune résistance.
Cependant, atteindre ces températures nécessite des dispositifs de refroidissement très sophistiqués, ce qui constitue une contrainte en termes de logistique et de consommation d’énergie.
Une récente avancée dans le domaine a révélé que certains types de qubits, basés sur les spins électroniques, pouvaient fonctionner à des températures plus élevées, autour de 1 Kelvin (-272,15°C), soit un degré au-dessus du zéro absolu. Bien que cette différence semble minime, elle pourrait simplifier de manière significative les infrastructures nécessaires pour refroidir les qubits.
L'informatique quantique continue d'évoluer rapidement, et ces nouvelles découvertes montrent qu'il est possible de contourner certains des obstacles techniques majeurs. Avec ces progrès, les ordinateurs quantiques pourraient devenir plus pratiques et accessibles, et leur impact potentiel dans divers secteurs serait immense. Bien que le chemin soit encore long, chaque innovation nous rapproche de l’ère des calculs quantiques à grande échelle.
