Les ordinateurs quantiques : La technologie du futur

La première chose à savoir sur la physique quantique est qu’elle ne concerne que l’infiniment petit, c’est-à-dire à l’échelle de l’atome. L’atome c’est la plus petite unité de matière que l’on connaît. C’est un peu comme la plus petite pièce d’un Lego, grâce à laquelle on « construit » des objets plus grands, les molécules, qui servent à leur tour à créer des objets encore plus grands, par exemple une personne. Toute matière est composée de molécules, et donc d’atomes.

Le chat de Schrödinger et la superposition d’états

L’expérience du chat de Schrödinger est une célèbre illustration du principe de superposition d’états de la physique quantique. Il s’agit une expérience théorique qui n’a jamais réellement eu lieu.

Un chat se trouve dans une boîte entièrement fermée, on ne peut rien voir depuis l’extérieur de celle-ci. Une petite fiole avec du poison se trouve à l’intérieur, et après un certain temps, par exemple 5 minutes, la fiole a une chance sur deux de se briser et de tuer le chat. Il y a aussi une chance sur deux pour qu’il ne se passe rien. Quand ces 5 minutes sont passées, on considère, du point de vue quantique, que le chat est à la fois mort et vivant. C’est-à-dire que si l’on devait faire des calculs quantiques avec ce chat, les calculs seraient justes si on considérait qu’il est à moitié mort et à moitié vivant.

Par contre, dès qu’on ouvre la boîte pour voir si le chat est mort ou vivant, le calcul cesse d’être juste et le chat est soit 100% vivant, soit 100% mort. C’est là que la physique quantique devient spectaculaire mais aussi difficile à comprendre: l’observation influence le phénomène.

On peut résumer l’idée comme ceci, tant que l’on n’observe pas un phénomène quantique, ce phénomène se compose d’une superposition d’états en fonction de ses probabilités. Si l’on observe le phénomène, alors il ne se compose que de l’état dans lequel il se trouve lors de l’observation.

Un autre exemple, si tu en train de trébucher en marchant mais que tu arrives à te rattraper et que tu ne tombes pas, et si personne ne t’a vu, on peut dire que tu es à la fois tombé et à la fois resté debout. Si par contre quelqu’un t’observait, alors on peut dire tu n’es pas tombé du tout.

Attention, ces exemples servent juste à comprendre le principe de la physique quantique mais ne se passeraient pas réellement comme ça dans la réalité puisque la physique quantique ne fonctionne qu’avec l’infiniment petit. Un chat ou un humain est bien trop grand pour que ses principes s’y appliquent.

Les principes quantiques dans la vraie vie

Il arrive parfois que l’on raisonne de manière « quantique », même à notre échelle. Ce n’est pas de la physique quantique, mais ça illustre bien son fonctionnement.

Par exemple, lorsque des enquêteurs sont à la recherche d’une personne disparue. Les policiers savent que celle-ci est soit dans une forêt près de son domicile soit dans un petit village voisin. Les enquêteurs vont faire comme si la personne disparue était à la fois dans la forêt et dans le village. Ils vont envoyer des équipes chercher dans les deux endroits en même temps. Lorsqu’ils l’auront retrouvée, qu’ils l’auront « observée », la personne disparue ne sera évidemment qu’à un seul et même endroit.

Et les ordinateurs quantiques alors?

Les ordinateurs quantiques utilisent ce principe de superposition d’états. Les ordinateurs classiques possèdent un système binaire. Les composants de l’ordinateur ne peuvent avoir que deux valeurs, soit 0, soit 1. Au lieu de cela, les ordinateurs quantiques travaillent sur base de qubits, dont l’état quantique ne possède pas que deux valeurs, mais une infinité.

Pour donner une idée de sa puissance, un ordinateur possédant 300 qubits serait plus puissant qu’un ordinateur classique qui ferait la taille de l’univers entier! Il s’agit donc bien d’une technologie complètement révolutionnaire, qui changera peut-être profondément l’avenir de notre société. Pour le moment, les ordinateurs quantiques qui existent n’ont pas assez de qubits pour vraiment se démarquer des ordinateurs classiques. Mais ce n’est qu’une question de temps!