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10 technologies qui vont transformer l’informatique

1 : Introduction 2 : OLED flexibles 3 : ReRAM et MRAM 4 : Wi-Fi ac, WiGig et Super Wi-Fi 5 : Après le transistor en silicium 6 : High-tech transparente 7 : L'invisibilité 9 : Claytronics 10 : Des robots et des MEMS 11 : Interfaces neuronales 12 : Conclusion

Informatique quantique

Initié par le célèbre Richard Feynman en 1982, le monde électronique quantique est vaste. Aujourd’hui, lorsque l’on parle d’informatique quantique, on désigne généralement les calculs réalisés par une puce qui travaille sur des qubits au lieu de bits classiques. Un bit est représenté par un 1 ou un 0. Il est la plus petite unité de mesure et il se manifeste généralement par l’absence ou le passage d’un courant, la présence ou l’absence d’un groupe d’électrons, l’orientation de leur polarité ou la haute ou faible résistance électrique d’une structure, etc. Il n’y a que deux états possibles, 0 ou 1. Schématiquement, les qubits (quantum bits ou bits quantiques, en français) disposent aussi d’un état 0 similaire au 0 d’un bit classique, d’un état 1, lui aussi presque identique au 1 d’un bit traditionnel et d’une superposition du 0 et 1. Pour comprendre cette idée de superposition, il faut revenir sur la définition de l’état quantique d’un qubit.

Au centre de l’informatique quantique : le qubit

Les qubits 0 et 1 sont très similaires au 0 et 1 du bit classique en ce qu’ils désignent deux états opposés. La différence réside dans leur manifestation. Tout d’abord, ils utilisent une nomenclature différente. Le 0 d’un qubit est désigné par un ket 0 et le 1 est représenté par un ket 1.

Image 1 : 10 technologies qui vont transformer l'informatiqueImage 2 : 10 technologies qui vont transformer l'informatique

 

On utilise un ket pour souligner l’aspect vectoriel de l’état dont on parle et distinguer ainsi le bit classique figé du qubit en mouvement. En effet, les états quantiques reposent presque toujours sur les mouvements de photons, d’électrons ou de noyaux atomiques, par exemple. Bref, on peut très schématiquement représenter l’état quantique d’un qubit par une représentation vectorielle. Ainsi, si l’on représente grossièrement ket 0 par un vecteur horizontal allant vers l’est et ket 1 par un vecteur vertical se dirigeant vers le nord, la superposition des deux états 
(ket Ψ, que l’on prononce ket psi) sera une trajectoire vectorielle entre ket 0 et ket 1 tel que ket psi = alpha.ket0+beta.ket1.

Image 3 : 10 technologies qui vont transformer l'informatique
 

On comprend ainsi que le mot superposition ne désigne pas la présence concomitante d’un bit 0 et 1, comme on pourrait le penser en s’arrêtant à la définition classique du mot, mais une combinaison linéaire dont le résultat est nécessairement 1.

Image 4 : 10 technologies qui vont transformer l'informatiqueLa sphère de Bloch (ci-contre) est la représentation classique d’un qubit. On voit qu’un bit classique ne pourrait occuper que le point nord où se trouve ket 0 et le point sud (ket 1). Le reste de la sphère lui serait complètement interdit. Par contre, un qubit en superposition peut occuper un nombre infini de valeurs intermédiaires entre ket 0 et k1. En informatique quantique, ce système ouvre la porte à une puissance de calcul inégalée qui serait capable de casser en très peu de temps les clés de chiffrement les plus complexes. C’est ce qui explique que ce domaine est à la fois fascinant et effrayant.

Image 5 : 10 technologies qui vont transformer l'informatiqueDe la grande complexité du monde électronique quantique

En 2007, D-Wave a créé la surprise en présentant Orion, le premier processeur utilisant 16 qubits. (cf. « D-Wave présente son processeur quantique »). C’est le premier ordinateur quantique commercialisé. Après des années de recherches et une intervention de la NASA pour rassurer les sceptiques (cf. « La NASA vient au secours du calculateur quantique »), l’Université de la Californie du Sud en a récemment mis un en service (cf. « D Wave One : Le 1er ordinateur quantique mis en service »). La machine est un premier pas dans le monde de l’informatique quantique. Elle demande des températures extrêmement basses pour fonctionner et ses puissances de calculs sont encore très limitées. Néanmoins, les chercheurs espèrent dompter ce Nouveau Monde pour pouvoir tirer parti de la grande puissance de calcul qui réside dans ce système.

Nous tenons aussi à préciser que le monde de l’électronique quantique ne se limite pas aux processeurs. On parle de plus en plus des diodes laser à boîte quantique qui utilisent un ensemble de quasi-particules emprisonné dans un nanocristal pour amplifier la lumière. (cf. « Des points quantiques rendent la fibre optique obsolète »). Il y a aussi les mémoires optiques quantiques qui jouent avec les photons pour offrir un système sécurisé (cf. « Mémoire optique quantique ») et des batteries qui reposent sur les effets quantiques pour accroître leur autonomie (cf. « Une batterie quantique »). Bref, les chercheurs continuent de s’inspirer des principes qui régissent la physique quantique pour transformer notre monde électronique, pas à pas.

Sommaire :

  1. Introduction
  2. OLED flexibles
  3. ReRAM et MRAM
  4. Wi-Fi ac, WiGig et Super Wi-Fi
  5. Après le transistor en silicium
  6. High-tech transparente
  7. L'invisibilité
  8. Informatique quantique
  9. Claytronics
  10. Des robots et des MEMS
  11. Interfaces neuronales
  12. Conclusion