Calculateur quantique - Définition

Historique

Dans les années 1970 et 80, les premiers ordinateurs quantiques naissent par retournement dans l’esprit de physiciens tels que Richard Feynman, Paul Benioff, David Deutsch ou Charles H. Bennett. L’idée de Feynman était : « Au lieu de nous plaindre que la simulation des phénomènes quantiques demande des puissances énormes à nos ordinateurs actuels, utilisons la puissance de calcul des phénomènes quantiques pour faire plus puissant que nos ordinateurs actuels ».

Longtemps les physiciens ont douté que les ordinateurs quantiques utilisables puissent exister, et même qu’on puisse en faire quelque chose de viable s’ils existaient. Mais :

• en 1994, Peter Shor, chercheur chez AT&T, montre qu’il est possible de factoriser des grands nombres dans un temps raisonnable à l’aide d’un ordinateur quantique. Cette découverte débloque brusquement des crédits ;
• en 1996, Lov Grover (en), invente un algorithme basé sur les ordinateurs quantiques permettant de trouver une entrée dans une base de données non triée en (voir : complexité algorithmique) ;
• en 1998, IBM est le premier à présenter un ordinateur quantique de 2 qubits ;
• en 1999, l’équipe d’IBM utilise l’algorithme de Grover sur un calculateur de 3 qubits et battent leur record l’année suivante avec un ordinateur de 5 qubits ;
• le 19 décembre 2001, IBM crée un ordinateur quantique de 7 qubits et factorise le nombre 15 grâce à l’algorithme de Shor. Ces ordinateurs à 7 qubits sont bâtis autour de molécules de chloroforme et leur durée de vie utile ne dépasse pas quelques minutes. On parle par dérision de wetware.
• en 2006, Seth Lloyd, professeur au Massachusetts Institute of Technology (MIT) , pionnier du calcul quantique et auteur du livre Hacking the universe, mentionne dans le numéro d’août 2006 de la revue Technology Review (page 24) l’existence d’ordinateurs quantiques à 12 qubits.

L’institut de traitement de l’information quantique de l’université d’Ulm en Allemagne présente en avril 2006 la première micropuce européenne linéaire tridimensionnelle qui piège plusieurs atomes ionisés Ca+ de manière isolée.

• Le 14 décembre 2007, l’université du Queensland annonce travailler sur des circuits quantiques optiques
• en 2009, les chercheurs de l’université Yale créent le premier processeur quantique rudimentaire à l’état solide de 2 qubit, capable d’exécuter des algorithmes élémentaires. Une autre équipe de l’université de Bristol a également créé un processeur en silicium basé sur les optiques quantiques et capable d’exécuter l’algorithme de Shor

La controverse D-Wave

La société D-Wave a annoncé officiellement le 13 février 2007 avoir réalisé un ordinateur quantique à base solide de 16 qubits. Ce calculateur serait cependant limité à certaines opérations quantiques d'optimisation, comme celui du "voyageur de commerce". Aucun prototype n’a été dûment testé par des spécialistes reconnus des ordinateurs quantiques, pour des raisons alléguées de secret industriel (le prototype n’était pas présent durant la conférence). Ces machines utiliseraient une puce nommée Europa qui fonctionne uniquement en milieu cryogénique. Reflétant le sentiment d’une partie de la communauté scientifique, Scientific American reste réservé. Les problèmes combinatoires résolus (sudoku) le sont moins vite qu’avec un simple ordinateur. Il n’y a là rien de surprenant au vu des caractéristiques de l’appareil, mais par conséquent on ne peut exclure totalement une opération du type Turc mécanique ayant simplement pour objectif de lever des fonds, d’autant que D-Wave promettait un ordinateur quantique à 32 qubits pour la fin de l’année 2007, et un ordinateur à 512 puis à 1024 qubits d’ici l’année suivante.

En décembre 2007 et d’après le site même du constructeur, les seules nouvelles concernant D-wave depuis février auront été sa participation à une conférence sur le calcul massif et la démonstration alléguée d’une machine à 28 qubits en novembre, commentée en détail par Tom's Hardware en juillet 2008. La compagnie affirme alors maintenir ses objectifs de 512 qubits au second trimestre 2008 et 1024 qubits fin 2008, et assuré que la commercialisation des calculateurs quantiques était bien "une question d'années et non de décennies"; elle a mentionné aussi son intention de rendre son calculateur et les capacités de corrélation très rapides de celui-ci accessibles à des chercheurs via l’Internet (Tom’s Hardware). Début décembre 2008, le site de la compagnie n’avait plus donné d’autres nouvelles depuis la fin de sa levée de fonds.

Le 14 avril 2009, elle annonce en fin de compte une puce de 128 qubits. En décembre 2009, un accord annoncé entre cette société et Google la remet sous les feux de l'actualité.

Les "qubits solides" de Saclay et de Yale

• En 2001, le CEA a mis au point une puce en silicium utilisant trois nanojonctions Josephson appelée le quantronium : deux jonctions servent de qubit, la troisième sert d'instrument de mesure. Pour les qubits, ces circuits électroniques contiennent des états de spin dans des boites quantiques semi-conductrices. A long terme, ces systèmes "solides" offrent des perspectives intéressantes d'intégration à grande échelle.

• Le 28 juin 2009, la revue Nature rend compte de la réalisation par une équipe de l’université Yale d’un circuit de calcul quantique solide pouvant être utilisé à terme dans un calculateur quantique. Chacun des deux atomes artificiels (ou qubit) sont construits de plus d’un milliard d’atomes d’aluminium mais agissent comme un seul qui pourrait occuper deux différents états d’énergie