(FR) Les domaines impactés par l’informatique quantique.

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Les technologies du futur. ©Yurchanka Siarhei / Shutterstock

L’informatique quantique en France
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En s’attaquant à la résolution de problèmes complexes, difficiles voire impossibles pour un ordinateur classique, l’ordinateur quantique ouvre un monde de possibilités, dans presque tous les aspects de la vie moderne. Tour d’horizon des industries et applications qui pourraient profiter de cette révolution.

Comme pour toute nouvelle technologie, des applications actuellement inimaginables seront développées au fur et à mesure que le quantique continuera à évoluer et à créer de nouvelles opportunités.

2020, l’année de l’informatique quantique ? Intelligence artificielle, sécurité informatique, prédictions météorologiques, trafic routier, conception de médicaments… Voilà, selon de nombreux experts, des domaines en voie d’être radicalement transformés par l’ordinateur quantique.

1. L’intelligence artificielle

Le machine learning suppose l’apprentissage de volumes de données conséquents avant la maîtrise de la tâche que l’on souhaite voir réalisée par un algorithme. Les capacités de l’informatique quantique permettraient non pas de dépasser cette phase d’apprentissage laborieuse mais de la réduire en un temps très court, rapporte IEEE Spectrum.

L’intelligence artificielle permet le regroupement d’une panoplie de techniques destinées à la réalisation de machines capables de simuler l’intelligence humaine.

Le quantique pourrait ainsi être l'une des solutions techniques pour faire entrer l'intelligence artificielle dans une nouvelle ère en termes de sécurité et de vitesse d'exécution des algorithmes. Une telle percée pourrait donner un élan sans précédent à de nombreux secteurs, comme l’Internet des Objets (IoT), le traitement du langage naturel, ou encore les véhicules autonomes, un domaine qui nécessite un ensemble de calculs intensifs, qui deviennent de plus en plus difficiles à mesure que l'on ajoute des données et des relations plus complexes au sein des variables.

2. Sécurité informatique : Cryptographie et cybersécurité

Du bitcoin au code d’accès à sa messagerie ou à ses données personnelles dans le cloud, nos systèmes de chiffrement sont aujourd’hui tous basé sur l’informatique classique. Un ordinateur quantique conçu au MIT en 2016 a déjà réussi à décrypter des clefs à 15 chiffres. Le développement de la technique permettra en un instant de passer outre des codes jusque-là indéchiffrables. La sécurité informatique serait à réinventer. De même que le chiffrage de demain.

Schéma le Transfert de message crypté

La plupart des mots de passe des comptes en ligne et des transactions et communications sécurisées d'aujourd'hui sont protégés par des algorithmes de cryptage. Ces systèmes permettent aux internautes de partager des données de manière sécurisée, que seule une personne possédant la bonne "clé" peut lire. Il est aujourd’hui extrêmement long pour un ordinateur classique de résoudre le problème mathématique qui se cache derrière un chiffrement basé sur des clés bien dimensionnées.

Pourtant, les méthodes actuelles de cryptage deviendront obsolètes face à l’ordinateur quantique, qui aura le potentiel de casser tout système, devenant ainsi une menace sérieuse pour les systèmes de cybersécurité sur lesquels s'appuient pratiquement toutes les entreprises.

Une nouvelle génération de technologies de cryptage quantique sera alors nécessaire pour protéger les données sensibles actuelles de potentielles attaques perpétrées par des ordinateurs quantiques. Les scientifiques travaillent déjà sur cette cryptographie post-quantique, en essayant de se préparer à ce point de basculement.

3. La prédiction météorologique

Prédire le temps qu’il fera demain ou dans une semaine suppose des calculs de probabilité très complexes que l’ordinateur quantique traiterait avec aisance, explique The Next platform. Ce qui permettra d’envisager les phénomènes météorologiques à une échelle plus globale et donc d’affiner les modèles pour rendre les prévisions plus précises.

L'algorithme exécuté par Rigetti permet de compléter des jeux de données météorologiques incomplets.

Les prévisions météorologiques se basent sur des nombres gigantesques de variables, telles que la pression atmosphérique, la température et la densité de l'air, rendant la simulation classique longue et les prévisions difficiles dès qu’on dépasse quelques jours.

Pourtant, de nombreux secteurs, à commencer par l’agriculture, l’élevage, le transport et la production d’énergie, ont besoin de prévisions météorologiques fiables afin d’optimiser leur activité, ou encore préparer leurs infrastructures, dans certaines zones géographiques, avant les catastrophes naturelles.

4. Santé : la création de nouveaux médicaments

Capable de trouver et de tester la combinaison optimale de molécules pour répondre à un virus, l’ordinateur quantique permettra de choisir plus rapidement les molécules candidates à la phase de tests. Une avancée qui permettra d’accélérer la production de médicaments tout en améliorant la qualité explique la revue Innovation de l’université de Princeton.

Quantique et Santé

Les ordinateurs quantiques permettront de simuler des molécules de plus en plus complexes, mais aussi les interactions entre médicaments. Chaque petit progrès dans cette direction entraînera ainsi un développement plus rapide de nouveaux médicaments, et pourrait conduire à de nouveaux traitements.

Plus globalement, l’ordinateur quantique permettra d’accélérer la compréhension des maladies et d’améliorer la précision des traitements. Ainsi, les cliniciens pourront intégrer un grand nombre d'ensembles de données inter-fonctionnelles dans leurs modèles de facteurs de risque des patients, identifier plus rapidement les protocoles de traitement ciblés, les personnaliser, et enfin comprendre plus précisément où et pourquoi un protocole a réussi ou échoué.

5. La lutte contre les embouteillages

Transport et CO2

La gestion des trafics routiers repose sur des modèles mathématiques de gestion des flux qui supposent des capacités computationnelles énormes. Envisager le parcours de chaque individu pour déterminer celui de la masse, un défi que l’ordinateur quantique permettra de relever, selon Handelsblatt. Une innovation qui sera la bienvenue alors que les véhicules autonomes et semi-autonomes vont se développer.

6. Logistique

Dans tous les secteurs, de nombreux problèmes commerciaux complexes reposent sur une multitude de variables, parfois difficiles à anticiper. Pour les éviter, réduire les pertes et optimiser leur efficacité, les entreprises doivent réaliser des calculs longs et coûteux, pas toujours fiables.

Informatique quantique et logistique

Les ordinateurs quantiques fonctionnant avec plusieurs variables simultanément, ils offriraient ainsi aux entreprises une meilleure analyse des données et une modélisation robuste, afin de les aider à optimiser leur logistique et la planification des flux de travail associés à la gestion de leur chaîne d'approvisionnement.

7. Modélisation moléculaire

L’une des plus grandes avancées que pourra permettre l’informatique quantique sera très probablement la modélisation précise des interactions moléculaires.

Aujourd’hui, les scientifiques doivent en effet souvent examiner la structure exacte d'une molécule pour déterminer ses propriétés et comprendre ses potentielles interactions avec d'autres molécules. Etant donné qu’il est presque impossible pour les ordinateurs de simuler des molécules de base qui ont relativement peu d'atomes (chaque atome interagit de manière complexe avec d'autres atomes), les scientifiques doivent ainsi synthétiser réellement les molécules en question pour en mesurer physiquement les propriétés chimiques. Souvent, la molécule ne fonctionne pas comme prévu, ce qui implique davantage de synthèse et de tests. Ce processus rend le développement de nouveaux produits chimiques extrêmement long et coûteux.

Chimie quantique et simulations moléculaires

La capacité des ordinateurs quantiques à se concentrer sur l'existence de 1 et de 0 simultanément pourrait permettre de cartographier avec succès les molécules, même les plus complexes. Cela pourrait ouvrir des opportunités dans plusieurs domaines, à commencer par le développement de médicaments, la production d’engrais (qui représentent aujourd’hui 2 % de la consommation mondiale d'énergie), ou encore l’élimination du dioxyde de carbone. De belles avancées, aux profondes conséquences sur l'énergie et l'environnement.