L'informatique quantique expliquée en 10 minutes

Un ordinateur quantique n'est pas qu'une version plus puissante des ordinateurs que nous utilisons aujourd'hui ; c'est quelque chose d'entièrement nouveau, basé sur un concept scientifique émergent -- et plus qu'un peu d'incertitude. Entrez dans le monde des merveilles qu'est l'univers quantique avec Shohini Ghose, une TED fellow, et apprenez en quoi cette technologie détient le potentiel de transformer la médecine, de créer des cryptages indéchiffrables ou encore de téléporter de l'information.

Jouons ensemble.

Imaginez que vous êtes à Las Vegas

dans un casino.

Vous décidez de jouer à un jeu,
sur un ordinateur du casino,

tout comme vous pourriez jouer
au solitaire ou aux échecs.

L'ordinateur peut faire ses mouvements
dans le jeu comme un joueur humain.

Ceci est un jeu de jetons.

On commence avec un jeton,
côté face vers le haut,

et l'ordinateur joue en premier.

Il peut choisir, ou non,
de tirer à pile ou face

mais vous ne pouvez pas
connaître le résultat.

Maintenant, c'est à votre tour.

Vous pouvez aussi choisir
de tirer à pile ou face, ou non,

et votre tour n'est pas révélé
à votre adversaire, l'ordinateur.

Ensuite, l'ordinateur joue de nouveau
et peut tirer à pile ou face, ou non.

Et après ces trois tours,

le jeton est dévoilé,

et si c'est face, l'ordinateur gagne,

si c'est pile, vous gagnez.

C'est donc un jeu plutôt simple

et si chacun joue honnêtement
et que le jeton n'est pas truqué,

vous avez 50% de chances
de gagner à ce jeu.

Pour confirmer ceci,

j'ai demandé à mes étudiants
d'y jouer sur nos ordinateurs.

Après de très nombreux essais,

leur taux de victoire a fini
par se rapprocher de 50%,

comme prévu.

Cela semble ennuyeux, comme jeu, non ?

Mais si l'on pouvait y jouer
sur un ordinateur quantique ?

Les casinos de Las Vegas n'ont pas
encore d'ordinateurs quantiques,

à ma connaissance,

mais IBM a construit
un ordinateur quantique opérant.

Le voici.

Mais qu'est-ce qu'un
ordinateur quantique ?

En fait, la physique quantique décrit

le comportement des atomes
et des particules fondamentales,

comme les électrons et les photons.

Un ordinateur quantique fonctionne

en contrôlant le comportement
de ces particules,

mais d'une manière totalement différente
de nos ordinateurs habituels.

Un ordinateur quantique n'est donc pas
uniquement une version plus puissante

de nos ordinateurs actuels,

de la même manière que l'ampoule
n'est pas une bougie plus puissante.

On ne peut pas construire une ampoule
en fabriquant de meilleures bougies.

L'ampoule est une technologie différente,

basée sur des connaissances
scientifiques plus avancées.

De la même façon, un ordinateur quantique
est un nouveau type d'instrument,

fondé sur la science
de la physique quantique

et de la même manière
que l'ampoule a transformé la société,

les ordinateurs quantiques
ont le potentiel d'influencer

beaucoup d'aspects de notre vie,

y compris notre sécurité,
nos services de santé et même l'Internet.

Des entreprises du monde entier
cherchent à construire ces appareils

et pour comprendre leur engouement,

jouons à notre jeu
sur un ordinateur quantique.

Je peux donc me connecter
à l'ordinateur quantique d'IBM d'ici,

ce qui signifie que je peux jouer
au jeu à distance

et par conséquent, vous aussi.

Pour réaliser cela, vous vous souvenez
peut-être d'un courriel de TED

qui vous demandait si vous choisiriez
de tirer à pile ou face, ou non,

si vous jouiez au jeu.

En réalité, nous vous avons demandé
de choisir entre un cercle et un carré.

Vous ne le saviez pas, mais le cercle
signifiait « tirer à pile ou face »

et le carré signifiait
« ne pas lancer le jeton ».

Nous avons reçu 372 réponses.

Merci.

Cela signifie que nous pouvons jouer
372 parties contre l'ordinateur quantique

en utilisant vos décisions.

Et c'est un jeu plutôt rapide,

donc voici les résultats.

Malheureusement, vous n'avez pas brillé.

(Rires)

L'ordinateur quantique a gagné
presque toutes les parties.

Il en a perdu quelques-unes
à cause d'erreurs internes.

(Rires)

Alors comment a-t-il obtenu
cette superbe série de victoires ?

On dirait de la magie ou de la triche,

mais en fait, ce n'est rien
que la physique quantique en action.

Voici comment cela fonctionne.

Un ordinateur habituel modélise
le pile ou face sur un jeton par un bit,

soit un 0, soit un 1,

ou par un interrupteur on/off
dans la puce de l'ordinateur.

Un ordinateur quantique
est complètement différent.

Un bit quantique possède une identité
plus fluide, non binaire.

Il peut être une superposition
ou une combinaison de 0 et de 1,

avec une probabilité de valoir 0
et une probabilité de valoir 1.

En d'autres termes, son identité
appartient à un spectre.

Par exemple, il pourrait avoir
70% de chances de valoir 0

et 30% de chances de valoir 1,

ou 80-20, ou 60-40.

Les possibilités sont innombrables.

L'idée fondamentale ici

est qu'il faut abandonner
les valeurs précises que sont 0 et 1

et autoriser une incertitude.

Durant la partie,

l'ordinateur quantique crée
cette combinaison fluide de pile ou face,

de 0 et de 1,

de manière à ce que,
quoi que le joueur fasse,

jeton lancé ou non,

la superposition demeure intacte.

C'est un peu comme remuer
un mélange de deux fluides.

Que vous remuiez ou non,
les fluides restent dans le mélange,

mais lors de son deuxième tour,

l'ordinateur peut rétablir le 0 ou le 1,

en rétablissant parfaitement le côté face,
pour que vous perdiez à chaque fois.

(Rires)

Si vous pensez que tout cela est étrange,
vous avez absolument raison.

Les jetons normaux n'existent pas
comme combinaisons de pile ou face.

Nous ne vivons pas
cette réalité quantique fluide

au quotidien.

Donc si le quantique vous embrouille,

ne vous inquiétez pas,
c'est que vous comprenez.

(Rires)

Néanmoins, même si l'on ne vit pas
l'étrangeté quantique,

nous pouvons en observer les effets réels.

Vous avez vu les statistiques.

L'ordinateur quantique a gagné

car il a exploité
la superposition et l'incertitude.

Et ces propriétés quantiques
sont puissantes,

non seulement pour gagner
aux jeux de jetons,

mais également pour construire
les technologies quantiques futures.

Je vais vous donner trois exemples
d'applications potentielles

qui pourraient bouleverser nos vies.

Tout d'abord, l'incertitude quantique
pourrait servir à créer des clefs privées

pour chiffrer des messages envoyés
d'un endroit à un autre

sans que les hackers puissent
parfaitement copier la clef en secret,

à cause de l'incertitude quantique.

Ils auraient à briser les lois
de la physique quantique

pour pirater la clef.

Ce type de chiffrement indéchiffrable
est déjà testé par des banques

et d'autres institutions du monde entier.

De nos jours, plus de 17 milliards
d'appareils sont connectés dans le monde.

Imaginez l'impact
que ce chiffrage pourrait avoir plus tard.

Deuxièmement, les technologies quantiques
pourraient aussi transformer la médecine.

Par exemple, la conception et l'analyse
de molécules pour créer des médicaments

est un réel défi de nos jours

car décrire exactement et calculer

toutes les propriétés quantiques
de tous les atomes d'une molécule

est une tâche informatiquement difficile,
même pour nos superordinateurs.

Mais un ordinateur quantique
pourrait mieux faire,

car il opère grâce
aux mêmes propriétés quantiques

que celles de la molécule qu'il modélise.

A l'avenir, les modélisations quantiques
à grande échelle de médicaments

pourraient aboutir à des traitements
de maladies comme Alzheimer,

qui affecte des milliers de vies.

Et troisièmement,
mon application quantique favorite

est la téléportation d'information
d'un endroit à un autre

sans la transmettre physiquement.

Cela ressemble à de la science-fiction
mais c'est possible,

car les identités fluides
des particules quantiques

peuvent être enchevêtrées
à travers l'espace-temps

de manière à ce qu'en changeant
quelque chose sur une particule,

cela ait un impact sur l'autre

et cela ouvre la voie à la téléportation.

Cela a déjà été montré
dans des labos de recherche

et pourrait faire partie
d'un futur Internet quantique.

Nous n'avons pas encore de tel réseau

mais mon équipe travaille
sur ces possibilités

en simulant un réseau quantique
sur un ordinateur quantique.

Nous avons donc conçu et implémenté
quelques nouveaux protocoles intéressants

comme la téléportation parmi
différents utilisateurs du réseau,

une transmission de données efficace

et même un vote sécurisé.

Je m'amuse beaucoup
en tant que physicienne du quantique.

Je vous le recommande.

(Rires)

Nous sommes les explorateurs
d'un pays des merveilles quantique.

Qui sait quelles applications
nous découvrirons à l'avenir.

Nous devons avancer prudemment
et de manière responsable

en construisant notre avenir quantique.

Et pour moi, personnellement,

la physique quantique n'est pas un outil
pour fabriquer des ordinateurs quantiques.

Je vois ces ordinateurs comme une façon
de sonder les mystères de la nature

et d'en révéler plus sur ce monde caché
au-delà de ce que l'on vit.

Il est stupéfiant que nous, humains,

avec notre accès à l'univers
relativement limité,

puissions tout de même voir
au-delà de nos horizons

seulement grâce à notre imagination
et notre ingéniosité.

Et l'univers nous récompense

en nous montrant à quel point
il est intéressant et surprenant.

L'avenir est fondamentalement incertain,

et cela, à mes yeux,
est certainement passionnant.

Merci.

(Applaudissements)