L'Informatique Quantique Expliquée : Comment Fonctionnent les Qubits et Pourquoi C'est Important Maintenant

Un ordinateur classique stocke les informations dans des bits qui sont soit 0, soit 1, comme un commutateur qui est allumé ou éteint. Un ordinateur quantique utilise à la place des qubits, qui peuvent représenter 0, 1, ou une combinaison pondérée des deux à la fois, selon l'explication officielle d'IBM sur l'informatique quantique. Cette propriété, appelée superposition, est l'une des raisons pour lesquelles les machines quantiques peuvent explorer de nombreuses réponses possibles à certains problèmes simultanément plutôt qu'une à la fois.

La Physique Derrière la Machine

IBM identifie quatre effets mécanique-quantiques qui rendent l'informatique quantique possible : la superposition, l'intrication, l'interférence et la décohérence. L'intrication relie les qubits de manière à ce que mesurer l'un révèle des informations sur l'autre, même lorsque les deux sont physiquement séparés. L'interférence permet à un circuit quantique d'amplifier les réponses correctes et d'annuler les mauvaises, de la même manière que les ondes superposées peuvent se renforcer ou s'annuler. La décohérence est l'effet opposé — les états quantiques s'effondrent en valeurs classiques ordinaires — et c'est l'obstacle principal que les ingénieurs doivent supprimer pour maintenir un processeur quantique utile, selon IBM.

Les qubits peuvent être construits à partir de plusieurs systèmes physiques, notamment des circuits supraconducteurs refroidis à des températures proches du zéro absolu, des ions piégés, des points quantiques et des photons. Les propres processeurs quantiques d'IBM dépendent des circuits supraconducteurs parce qu'ils peuvent être fabriqués et contrôlés à l'aide de techniques existantes de fabrication de puces, selon IBM.

Un Avantage Vérifiable : La Puce Willow de Google

Le 22 octobre 2025, Google a annoncé que son processeur Willow de 105 qubits avait produit ce que l'entreprise a appelé le premier avantage quantique vérifiable, en utilisant un algorithme qu'elle a nommé Quantum Echoes, selon le communiqué officiel de Google. L'algorithme envoie un signal dans un ensemble de qubits, perturbe l'un d'eux, puis inverse l'évolution du signal pour écouter un 'écho' amplifié créé par interférence constructive.

Google a rapporté que Quantum Echoes s'est exécuté 13 000 fois plus rapidement sur Willow que le meilleur algorithme classique connu s'exécutant sur l'un des superordinateurs les plus rapides du monde. L'entreprise a souligné que, contrairement à sa réclamation de suprématie quantique de 2019, ce résultat est « vérifiable » — il peut être répété sur du matériel quantique comparable et recoupé, plutôt que de dépendre d'une tâche d'échantillonnage sans moyen indépendant de confirmer le résultat.

En collaboration avec des chercheurs de l'Université de Californie à Berkeley, Google a utilisé l'algorithme pour étudier les signaux de résonance magnétique nucléaire (RMN) de molécules contenant 15 et 28 atomes, pointant vers d'éventuels usages futurs dans la découverte de médicaments, les matériaux de batterie et la conception de nouveaux qubits, selon la même annonce de Google.

Le Chemin d'IBM de l'« Utilité » à la Tolérance aux Pannes

IBM distingue plusieurs étapes de progression. L'entreprise affirme avoir atteint l'« utilité quantique » en 2023, ce qui signifie que ses processeurs quantiques pourraient surpasser les méthodes d'approximation classiques sur des tâches spécifiques. IBM a déclaré s'attendre à atteindre l'« avantage quantique » — surpassant toutes les méthodes classiques connues sur un problème pratique — d'ici fin 2026, selon le propre aperçu d'informatique quantique d'IBM.

Au-delà, IBM a publié une feuille de route vers l'informatique quantique tolérante aux pannes, où les erreurs sont détectées et corrigées avant qu'elles ne corrompent un calcul. La feuille de route décrit une puce appelée Quantum Loon publiée en 2025 avec une connectivité de qubit améliorée pour des expériences de preuve de concept vers des codes qLDPC à haut débit, un module nommé Quantum Kookaburra prévu pour 2026 qui stocke les informations en utilisant la mémoire des codes de parité de faible densité quantique (qLDPC), et un système appelé Starling ciblé pour 2029 qu'IBM dit devoir exécuter 100 millions de portes quantiques sur 200 qubits logiques. L'approche de correction d'erreurs d'IBM utilise ce qu'elle appelle les « codes de bicyclette bivariés », y compris un « code brut [[144,12,12]] » que l'entreprise dit nécessiter environ dix fois moins de qubits physiques que les méthodes antérieures de code de surface pour obtenir la même protection contre les erreurs.

Pourquoi le Chiffrement Est Déjà en Train d'Être Réécrit

Les ordinateurs quantiques importent au-delà du laboratoire en raison de l'algorithme de Shor, une méthode mathématique publiée par Peter Shor en 1994 montrant qu'un ordinateur quantique suffisamment puissant pourrait factoriser les grands nombres — et donc casser le chiffrement de style RSA largement utilisé — bien plus rapidement que n'importe quel ordinateur classique, comme le note l'aperçu d'IBM.

Ce risque n'est pas hypothétique pour les organismes de normalisation. Le 13 août 2024, l'Institut National des Normes et de la Technologie (NIST) des États-Unis a finalisé ses trois premiers standards de chiffrement post-quantique : FIPS 203 (ML-KEM) pour le chiffrement général, et FIPS 204 (ML-DSA) et FIPS 205 (SLH-DSA) pour les signatures numériques, selon l'annonce officielle du NIST. Le mathématicien du NIST, Dustin Moody, a déclaré que les organisations devraient « commencer à les intégrer dans leurs systèmes immédiatement, car l'intégration complète prendra du temps. »

Ce Que les Ordinateurs Quantiques Ne Sont Pas

Les matériaux d'IBM soulignent que les ordinateurs quantiques ne sont pas simplement des versions plus rapides des ordinateurs ordinaires ; ils sont adaptés à des classes spécifiques de problèmes — tels que la simulation de molécules, les réactions chimiques et certaines tâches d'optimisation ou d'apprentissage automatique — où le nombre de variables interagissantes devient trop important pour que les ordinateurs classiques le suivent efficacement. Pour les tâches quotidiennes comme le traitement de texte ou la navigation sur le web, les ordinateurs classiques restent bien plus pratiques.