Acfas 2021

La deuxième révolution quantique : état des lieux

Installation d'un dispositif quantique dans un réfrigérateur à dilution, dans les locaux de l'Institut quantique.
Installation d'un dispositif quantique dans un réfrigérateur à dilution, dans les locaux de l'Institut quantique.
Photo : Michel Caron - UdeS

La première révolution quantique a permis la réalisation des ordinateurs et des téléphones intelligents que nous connaissons aujourd’hui. Mais qu’en est-il de la deuxième révolution quantique, et qu’apportera-t-elle?

C’est la question à laquelle le colloque intitulé La deuxième révolution quantique, organisé par Dave Touchette, Yves Bérubé-Lauzière, Denis Morris, Marc-Antoine Roux, André-Marie Tremblay et Karl Thibault, tentera de répondre, le jeudi 6 mai prochain.

Ce colloque, qui réunira chercheuses et chercheurs de renommée internationale en sciences et technologies quantiques, consistera de lieu d’échanges, dans le but de sensibiliser les gens du domaine, mais aussi le grand public, aux toutes dernières et futures innovations en technologies quantiques et à leurs impacts sociétaux potentiels.

L’ordinateur quantique à ce jour

À petite échelle, des ordinateurs quantiques existent déjà, notamment accessibles par l’entremise de l’Espace IBM Q de l’Institut quantique de l’Université de Sherbrooke, mais on parle toujours de la venue de l’ordinateur quantique. Pourquoi?

Le professeur Dave Touchette
Le professeur Dave Touchette
Photo : Fournie

Le professeur Dave Touchette, du Département d’informatique à la Faculté des sciences, explique que les ordinateurs quantiques d’aujourd’hui ne sont pas encore assez performants pour une utilisation industrielle, et qu’il faudra les améliorer avant de pouvoir annoncer officiellement l’arrivée de l’ordinateur quantique. Pour ce faire, les scientifiques utilisent ces prototypes à des fins de recherche, afin d’apprendre à travailler avec un ordinateur quantique et de déterminer quelles seraient les futures possibilités et avantages de le faire. En d’autres mots, pour le moment, leur travail consiste à évaluer pour quels types de problèmes l’ordinateur quantique serait plus avantageux qu’un ordinateur classique, dans le but de mieux orienter la recherche.

Les défis à résoudre

Les raisons pour lesquelles l’ordinateur quantique n’est pas encore assez puissant résident principalement dans deux éléments : le « bruit » et le nombre de qubits.

Le bruit réfère à un surplus d’information venant perturber les opérations. Ce bruit, dont les scientifiques ne pensent pouvoir se débarrasser à 100 %, cause des erreurs de calcul. Néanmoins, il existe des façons de diminuer le bruit, soit des méthodes de correction actives, qui utilisent des algorithmes de calculs pour effacer les erreurs. Afin de rendre l’ordinateur quantique plus performant, il sera nécessaire de diminuer le bruit autant que possible, en plus de mettre au point ces algorithmes pour réduire l’effet du bruit résiduel.

En ce qui concerne le nombre de qubits, le professeur Touchette mentionne qu’il en faudrait beaucoup plus pour augmenter la puissance de l’ordinateur quantique. Par contre, comme les qubits perturbent la partie quantique des formules mathématiques, il est difficile d’en ajouter.

Le circuit quantique ne garde pas ses propriétés quantiques longtemps, donc il faut essayer de faire le calcul le plus vite possible avant que la partie quantique ne se dissipe, et plus on essaye de mettre de qubits, plus ça se dissipe vite.

 Professeur Dave Touchette

Les avantages de l’ordinateur quantique

Le frigo à dilution que l'on retrouve à l'Institut quantique.
Le frigo à dilution que l'on retrouve à l'Institut quantique.
Photo : Michel Caron - UdeS

L’avantage de l’ordinateur quantique par rapport à l’ordinateur classique réside principalement dans sa puissance de calcul inégalée, qui permettra de résoudre des problèmes complexes. Pour les différentes industries, telles que l’aviation, la livraison, le manufacturier, la finance, cette puissance de calcul contribuera à augmenter l’efficacité grâce à la résolution de problèmes d’optimisation.

Les technologies quantiques accéléreront aussi la découverte de nouvelles molécules, servant entre autres à créer de nouveaux médicaments, ainsi que celle de nouveaux matériaux quantiques. Il sera aussi possible de simuler la nature plus facilement, ce qui consistera en un outil très utile pour la recherche fondamentale.

Par ailleurs, les technologies quantiques pourraient briser les protocoles de cryptographie actuels, entraînant des enjeux de cybersécurité, de sécurité nationale et de vie privée. À ce sujet, le professeur Touchette nous rassure du fait que de grandes firmes de recherche se penchent présentement sur ces questions afin de trouver des solutions pour le futur.

Quel sort pour les ordinateurs classiques?

Avec la venue de l’ordinateur quantique, est-ce que les ordinateurs classiques sont appelés à disparaître?

« Non, parce que les deux sont complémentaires en quelque sorte. Un ordinateur quantique sert à résoudre des problèmes complexes qu’un ordinateur classique ne peut pas résoudre. Ce ne sera pas monsieur et madame Tout-le-Monde qui aura un ordinateur quantique à la maison, on n’en est pas là », indique le professeur Touchette.

Bref, les ordinateurs classiques ne sont pas appelés à disparaître, car les fonctions auxquelles ils répondent sont simplement différentes de celles de l’ordinateur quantique.

Le quantique à Sherbrooke

Selon le professeur Touchette, Sherbrooke possède un énorme potentiel de développement quant à l’industrie du quantique ainsi qu’une belle expertise, notamment grâce à l’Institut quantique. L’écosystème sherbrookois est donc propice au développement de ce domaine, qui risque de prendre de plus en plus d’importance dans les prochaines années.

Ce sujet a piqué votre curiosité?
Le colloque La deuxième révolution quantique sera présenté dans le cadre du prochain congrès annuel de l’Acfas, plus grand rassemblement multidisciplinaire du savoir et de la recherche de la francophonie, le 6 mai 2021.