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L'informatique quantique repose sur les principes de la mécanique quantique, la branche de la physique qui explique le comportement des particules aux niveaux atomique et subatomique. Les concepts clés incluent la quantification de l'énergie, la dualité onde-particule, le principe d'incertitude de Heisenberg et le principe de correspondance, qui garantit que les nouvelles théories restent cohérentes avec la physique classique.
Contrairement aux bits classiques qui représentent 0 ou 1, les bits quantiques (qubits) peuvent exister simultanément dans une superposition des deux états. Cela permet à un processeur quantique doté de nombreux qubits d’explorer en parallèle un grand nombre de solutions possibles. L'intrication quantique — ce qu'Einstein a décrit comme « une action effrayante à distance » — permet aux qubits de s'influencer instantanément, même lorsqu'ils sont physiquement séparés, éliminant ainsi le besoin de câbles entre qubits distants.
En raison de leur vitesse extraordinaire, les ordinateurs quantiques pourraient déchiffrer les systèmes de chiffrement modernes et compromettre la cybersécurité. Cependant, lorsqu’elles sont exploitées de manière responsable, elles promettent des percées dans les domaines de l’intelligence artificielle, de la science des matériaux, des technologies énergétiques et de la logistique. Par exemple, les simulations quantiques pourraient concevoir des cellules solaires plus efficaces, optimiser les batteries des véhicules électriques et rationaliser la circulation.
Les systèmes quantiques actuels ne peuvent pas encore dupliquer ou stocker de manière permanente les informations sur les qubits. Les chercheurs explorent des supports de stockage alternatifs, notamment l’ADN. En 2017, une équipe a démontré qu'un seul gramme d'ADN pouvait coder environ 215 millions de gigaoctets de données, dépassant de loin la capacité du stockage bidimensionnel conventionnel et offrant un support compact et durable.
Les leaders de l'industrie se précipitent pour construire la prochaine génération de processeurs. IBM propose un accès quantique basé sur le cloud, permettant aux chercheurs du monde entier d'expérimenter. Microsoft intègre des capacités quantiques dans Visual Studio, en mettant l’accent sur les fermions de Majorana, tandis que Google vise à atteindre la « suprématie quantique » en devançant les superordinateurs actuels. Malgré des progrès rapides, les machines quantiques pratiques apparaîtront d’abord dans les laboratoires de recherche et les groupes de réflexion; une disponibilité commerciale généralisée est encore probable avant plusieurs années.
