Il y a environ 80 ans, le monde était en guerre. Sous le voile du secret, des scientifiques du Royaume-Uni, d’Allemagne et des États-Unis créaient les premiers ordinateurs électroniques. Ces ordinateurs remplissaient les pièces, consommaient de grandes quantités d’électricité et permettaient des calculs auparavant impossibles. Peu de personnes impliquées auraient pu imaginer que des décennies plus tard, des ordinateurs bien plus puissants tiendraient dans un sac à dos – et pourtant c’est exactement ce qui s’est produit.
Ainsi, alors que nous nous trouvons sur le seuil d’une informatique quantiquepourrions-nous un jour voir des ordinateurs portables quantiques ? « Je pense que c’est possible » Mario Gélychercheur en informatique quantique à l’Université d’Oxford, a déclaré à Live Science. « C’est hautement spéculatif, mais je ne vois pas de raison fondamentale pour laquelle un ordinateur portable quantique ne serait pas possible. »
Voici quelques-unes des étapes nécessaires pour y arriver.
Augmenter le nombre de qubits
Avant que les scientifiques puissent fabriquer un ordinateur portable quantique, ils doivent créer un ordinateur quantique utile, point final. Des questions demeurent quant au nombre qubits – des équivalents quantiques aux bits numériques – sont nécessaires pour créer un ordinateur quantique véritablement utile, ou capable de résoudre une série de problèmes utiles et réels qui échappent les meilleurs ordinateurs superclassiques. Mais c’est nettement plus élevé que ce qui est actuellement possible.
Stephen Bartlettphysicien quantique théoricien et directeur du Nano Institute de l’Université de Sydney, pense que nous pourrions voir des ordinateurs quantiques véritablement utiles d’ici la fin de cette décennie. « Il existe de nombreux défis scientifiques ouverts, ce qui rend cette voie un peu trouble, mais nous nous en rapprochons », a déclaré Bartlett à Live Science.
Par exemple, les systèmes quantiques récemment développés architecture de dispositif à couplage de charge (QCCD) pourrait être utilisé pour créer des tableaux de qubits bidimensionnels plutôt que des tableaux unidimensionnels, ce qui augmenterait la densité, et potentiellement le nombre, de qubits.
Réduire les erreurs dans les ordinateurs quantiques
Mais la mise à l’échelle apporte un autre défi dans la construction d’un ordinateur quantique miniature : corriger les erreurs, ou « bruit ». « Nos composants quantiques existants sont bruyants, nous avons donc besoin d’une correction d’erreurs, ce qui nécessite une grande redondance », a déclaré Bartlett. Les scientifiques doivent soit réduire les erreurs, soit intégrer une correction d’erreurs aux ordinateurs quantiques, ce qui nécessite encore plus de qubits. De nombreux scientifiques tentent de résoudre ce problème.
Par exemple, un Étude de décembre 2023 a essayé de réduire les erreurs en construisant un ordinateur quantique avec des « qubits logiques ». Dans un autre papierpublié en avril 2024, les scientifiques ont conçu un nouveau type de qubit qui se comportait comme un qubit logique correcteur d’erreurs. Certains scientifiques ont même proposé d’utiliser des photons (particules lumineuses) comme qubits, notamment une autre étude qui utilisait une impulsion laser. Selon Peter van Loock, professeur d’optique quantique théorique à l’université Johannes Gutenberg de Mayence en Allemagne et co-auteur de l’étude, cette approche a une « capacité inhérente à corriger les erreurs ».
Ainsi, si, d’ici une décennie ou deux, des ordinateurs quantiques puissants et utiles existaient, la prochaine étape serait la miniaturisation.
Choisir différents types de qubits
Mais pour devenir vraiment petits, les ordinateurs quantiques devront peut-être se concentrer sur un type de qubit différent de celui actuellement populaire. Certains des ordinateurs quantiques les plus avancés aujourd’hui, comme ceux fabriqués par IBM et Google, s’appuient sur unités de traitement quantique rempli de qubits supraconducteurs. Mais le premier ordinateur portable quantique n’utilisera probablement pas cette technologie.
En effet, de par leur nature, les qubits supraconducteurs doivent être refroidis à une fraction supérieure zéro absolu – environ 20 millikelvins – et cela nécessite de remplir une pièce de réfrigérateurs à dilution. Et des entreprises comme IBM ne cherchent pas à contourner cette contrainte de taille. Par exemple, l’actuel feuille de route de l’informatique quantique fixe des objectifs qui incluent un ordinateur quantique de 2 000 qubits d’ici 2033 – ce qui remplirait plusieurs salles plutôt qu’une seule.
Les ordinateurs portables quantiques pourraient plutôt s’appuyer sur des qubits d’ions piégés, des particules chargées qui existent dans plusieurs états à la fois et qui sont suspendues à l’aide de champs électromagnétiques, ont expliqué Bartlett et Gely. Bien que les systèmes d’ions piégés fonctionnent à température ambiante et ne dépendent pas de réfrigérateurs de la taille d’une pièce, les lasers qu’ils utilisent sont gigantesques.
« Pour le moment, notre système laser occupe environ un mètre cube (35 pieds cubes) », a déclaré Gely. « Si nous supposons que les pièges à ions sont l’avenir, alors nous avons besoin que les lasers deviennent plus petits. »
Et les lasers doivent non seulement rétrécir, mais aussi devenir plus avancés. Les systèmes actuels sont conçus pour contraindre 100 ions. « Le nombre de qubits que vous pouvez contrôler avec ce volume d’équipement laser n’est pas clair », a déclaré Gely. « Vous pouvez contrôler plus de qubits qu’aujourd’hui, mais certainement pas les millions de qubits d’un ordinateur quantique à part entière. »
Cependant, deux avancées récentes pourraient contribuer à la miniaturisation. Premièrement, les futurs QCCD pourraient faciliter la miniaturisation en augmentant la densité des qubits. Deuxièmement, en juillet, des chercheurs de Stanford ont créé des lasers titane-saphir 10 000 fois plus petits que ceux qu’ils remplacent.
Les efforts de miniaturisation vont s’intensifier
À l’heure actuelle, les scientifiques s’efforcent de rendre les ordinateurs quantiques plus puissants, et non de les réduire. « La recherche de miniaturisation n’est pas aussi forte à l’heure actuelle que la recherche de performances, et cela imite les débuts des ordinateurs conventionnels, lorsque nous avions des mainframes », a déclaré Bartlett. « Les gens pensaient que les ordinateurs les plus puissants occupaient un bâtiment. Et vous savez, pourquoi quelqu’un envisagerait-il sérieusement d’en transporter un dans son sac à dos ? »
Le histoire des ordinateurs suggère que les ordinateurs quantiques seront d’abord déployés pour des applications industrielles, militaires et gouvernementales avant de passer aux consommateurs. La citation apocryphe de 1943 de Thomas Watson Sr. qu’il y aurait un « marché mondial pour peut-être cinq ordinateurs » me vient à l’esprit.
Bien entendu, le marché mondial des PC et des ordinateurs portables est immense. Pourrait-il donc y avoir une explosion similaire de la demande de PC et d’ordinateurs portables quantiques ? « La question que l’on me pose toujours dans mes cours d’informatique quantique est la suivante : « Quand puis-je jouer à Doom sur un ordinateur quantique ? », a déclaré Bartlett. « Mais pourquoi voudriez-vous le faire alors que vous pouvez parfaitement jouer à Doom sur votre ordinateur aujourd’hui ? »
Au lieu de cela, Bartlett a suggéré qu’il pourrait y avoir « des applications personnelles quantiques comme la finance ou quelque chose de niche autour de la sécurité de l’information » – mais la vérité est que personne ne le sait. Gely a fait la suggestion alternative d’un processeur quantique à côté d’un processeur classique. « Cela pourrait être comme si vous aviez une carte graphique, mais cela ne serait utile que pour certaines tâches », a déclaré Gely.
Il n’est pas encore clair si les ordinateurs portables quantiques seraient utiles aux consommateurs. Ce que les experts peuvent affirmer avec un haut niveau de confiance, c’est que tous les obstacles matériels (augmentation du nombre de qubits, correction des erreurs et miniaturisation des composants) peuvent être surmontés. Et pourtant, un futur ordinateur portable quantique ne jouera probablement pas à Doom.
