Informatique quantique : le potentiel incroyable d’une technologie encore peu maitrisée

S’il est impossible de prévoir tous les usages futurs possibles de l’informatique quantique, certains champs prometteurs attirent aujourd’hui l’attention des chercheurs. De l’intelligence artificielle à la recherche pharmaceutique en passant par la finance, voici quelques domaines dans lesquels l’informatique quantique pourrait provoquer des avancées majeures dans les prochaines décennies.

Un outil d’apprentissage
Il s’agit probablement de l’utilisation la moins intéressante pour le grand public, mais à court terme ce sera surement la plus utile. En effet, les prototypes d’ordinateurs quantiques actuels sont de parfaits terrains d’entrainement pour les chercheurs et sont très largement utilisés en tant qu’outil d’apprentissage.

L’ordinateur qu’IBM a mis à disposition dans le cloud permet par exemple aux chercheurs, aux entreprises ou aux étudiants de s’essayer aux algorithmes quantiques, très différents des méthodes de calcul traditionnelles. Bien que ses capacités de calcul soient limitées, il reste une étape indispensable à l’évolution des ordinateurs quantiques.

Découvrir de nouveaux matériaux
Une des applications les plus prometteuses de l’informatique quantique concerne la simulation des particules. En effet, à l’aide des ordinateurs quantiques, les scientifiques cherchent à simuler la matière vivante ou inerte pour inventer par exemple de nouveaux matériaux ou de nouveaux médicaments.

Pour développer des médicaments efficaces, les chimistes doivent évaluer les interactions entre les molécules, les protéines et les produits chimiques pour déterminer l’impact des médicaments sur certaines maladies. La quantité phénoménale de combinaisons possibles rend la tâche extrêmement complexe. La capacité des ordinateurs quantiques à examiner simultanément plusieurs molécules, protéines et produits chimiques, pourrait permettre aux scientifiques de déterminer plus rapidement des options viables pour les médicaments.

« Le véritable enthousiasme pour le quantique est que l’univers fonctionne fondamentalement de manière quantique, nous serions donc en mesure de mieux comprendre la nature », explique Sundar Pichai, le PDG de Google. « C’est encore le début, mais là où la mécanique quantique brille, c’est par sa capacité à simuler des molécules, des processus moléculaires, et je pense que c’est là qu’elle sera la plus forte. La découverte de médicaments ou d’engrais en sont d’excellents exemples. »

Des services de santé personnalisés
Outre les nouveaux médicaments, certains chercheurs envisagent que les ordinateurs quantiques pourraient révolutionner la médecine en permettant la mise en place de services de santé personnalisés. Aujourd’hui, le développement de certains médicaments est annulé au stade des essais cliniques alors qu’ils pourraient fonctionner pour une sous-population spécifique de malades. L’informatique quantique pourrait permettre de séquencer et d’analyser les gènes d’une personne beaucoup plus rapidement que les méthodes actuelles et permettrait potentiellement de développer des médicaments personnalisés et adaptés à chaque individu.

« Nous pourrions utiliser un ordinateur quantique comme un simulateur de la nature à l’échelle microscopique », explique Scott Aaronson, un informaticien qui étudie l’informatique quantique à l’Université du Texas à Austin. « Il pourrait prédire ce qu’une protéine fera et aider à concevoir un médicament qui se liera à un récepteur de la bonne manière. Il pourrait également aider à générer de nouvelles réactions chimiques pour concevoir par exemple de meilleures batteries. Vous n’auriez besoin que d’un ou deux succès pour que tout cela en vaille la peine. »

Optimiser le monde qui nous entoure
La capacité attendue des ordinateurs quantiques à traiter un grand nombre de tâches en parallèle pourrait permettre de traiter plus efficacement des tâches complexes demandant un grand niveau d’organisation.

Le problème du « voyageur de commerce » est un des calculs d’optimisation les plus célèbres. Il vise à déterminer le trajet le plus court possible entre plusieurs villes, en visitant chaque ville une seule fois puis en revenant au point de départ. C’est un problème d’optimisation connu pour être particulièrement difficile à résoudre par un ordinateur classique. Pour des ordinateurs quantiques pleinement opérationnels, il pourrait cependant être une partie de plaisir.

Que ce soit au sol ou dans les airs, les ordinateurs quantiques pourraient par exemple contribuer à optimiser le contrôle du trafic. Ils seraient en mesure de calculer rapidement les itinéraires optimaux et pourraient permettre de réduire les embouteillages. Qu’il s’agisse d’optimiser les chaînes d’approvisionnement, de contrôler le trafic aérien ou encore de diriger les livraisons par bateau ou dans les airs, les ordinateurs quantiques pourraient résoudre un grand nombre de problèmes à vitesse aujourd’hui inégalée.

Les ordinateurs quantiques devraient également permettre de résoudre des problèmes de combinatoire complexes, lorsque l’on veut tester beaucoup d’hypothèses pour trouver la meilleure option. Le monde de la finance est très intéressé par ces capacités, car elles pourraient par exemple permettre d’optimiser des portefeuilles financiers.

Repousser les limites de l’intelligence artificielle
Une des branches de la recherche en intelligence artificielle prévoit déjà ce qu’on appelle le « quantum machine learning ». L’objectif serait d’utiliser les avantages du calcul quantique pour repousser les limites rencontrées aujourd’hui par les chercheurs en intelligence artificielle. Cela devrait en théorie permettre de trouver des solutions pour les problèmes que nous n’arrivons pas à résoudre actuellement de manière classique.

Les ordinateurs quantiques devraient être capables à l’avenir d’analyser de grandes quantités de données afin de fournir aux algorithmes d’intelligence artificielle des informations leur permettant de s’améliorer plus rapidement. Les ordinateurs quantiques seraient capables d’analyser des données pour fournir un retour d’information beaucoup plus efficacement que les ordinateurs traditionnels. La courbe d’apprentissage des intelligences artificielles en serait raccourcie. Cela pourrait créer un cercle vertueux faisant évoluer rapidement les capacités des intelligences artificielles.

Selon IBM, la combinaison des supercalculateurs avec l’IA et les ordinateurs quantiques permettrait de grandement accélérer les découvertes scientifiques.

« Avec l’arrivée de l’informatique quantique, nous dépassons les limites de la loi de Moore et retrouvons une croissance exponentielle de la capacité de calcul », estime Alessandro Curioni, directeur du laboratoire de recherche IBM à Zurich. « À l’avenir, des technologies telles que le cloud computing, le calcul haute performance et l’IA seront étroitement liées à l’informatique quantique et généreront de la valeur pour les entreprises, la communauté scientifique et la société dans son ensemble. »