Une matinée dédiée à l’informatique quantique

Pourquoi s’intéresser à l’informatique quantique ?

L’origine de l’intérêt pour l’informatique quantique des participants de cette matinée réside principalement dans les trois problématiques suivantes :

1. La croissance de la complexité d’un problème :

Il y a certains problèmes que l’on est aujourd’hui capable de résoudre mais la croissance des entreprises ou de leur clientèle est telle que les ordinateurs actuels ne suffiront bientôt plus. Il y a donc de forts enjeux financiers et de gestion.

En optimisation, la solution habituelle à ces problèmes est de trouver une solution approchée. Si le problème devient trop « grand » et qu’on souhaite toujours le résoudre dans un temps raisonnable, on obtiendra des solutions de moins en moins bonnes (par rapport à la solution optimale théorique).

Il n’est physiquement pas possible de « simplement » acheter un ordinateur plus puissant (les coûts d’achat et énergétiques sont rédhibitoires et très peu d’entreprises peuvent se permettre d’acheter une centrale nucléaire).

2. La nature de certains problèmes, impossibles à résoudre :

En physique des particules on atteint très vite les limites de ce qu’un ordinateur est capable de faire. Etudier les effets du café sur le cerveau humain en simulant les interactions entre les différentes molécules est une tâche impossible aujourd’hui alors que le café est une molécule plutôt simple.

Si on cherche à créer de nouvelles molécules complexes, nous avons besoin d’une puissance démesurée. C’est le cas notamment quand on cherche de nouveaux carburants.

3. La sécurité informatique :

On le sait depuis 1994 (travaux de Peter Shor), nos systèmes de chiffrement de communications (basés sur le protocole RSA) sont vulnérables face aux attaques avec des ordinateurs quantiques. Ce protocole est aujourd’hui utilisé presque partout (transactions bancaires, échanges de messages, etc.). Dans un futur plus ou moins proche, ce sera une faille de sécurité majeure compromettant nos données. Mais des informations volées aujourd’hui, même si elles ne peuvent pas encore être déchiffrées, pourront peut-être l’être dans le futur. Ainsi, se faire voler des plans des failles dans un bâtiment sécurisé aujourd’hui permettra probablement toujours d’identifier ces failles dans le futur.

Outre le vol d’informations il y a la problématique d’identification. Comme garantir que l’ordre d’achat reçu est bien émis par le client concerné et non pas par quelqu’un qui aurait déchiffré sa clé et récupéré des informations sensibles.

Quels sont les obstacles actuels à l’utilisation de l’informatique quantique ?

1. Les machines actuelles ne sont pas assez puissantes :

La majorité des ordinateurs quantiques aujourd’hui sont moins puissants que nos PC, ou les taux d’erreur de leurs composants sont tellement élevés qu’ils deviennent inutilisables.

De plus, pour comparer un ordinateur quantique et un ordinateur classique il ne faut pas utiliser des algorithmes similaires. Oui l’ordinateur quantique est très performant avec des algorithmes de type « brute force » (tester toutes les solutions possibles d’un problème pour en sortir la meilleure) mais pour un ordinateur classique, le meilleur algorithme ne sera quasiment jamais un « brute force ». Quand on compare le meilleur algorithme classique sur un ordinateur classique et le meilleur algorithme quantique sur l’ordinateur quantique le plus puissant disponible aujourd’hui, la solution classique va toujours être beaucoup plus intéressante.

Pour autant, ça ne veut pas dire que l’ordinateur quantique n’est pas intéressant. On commence à se rapprocher très fortement de la limite de ce que la physique nous permettra en termes de miniaturisation de processeurs classiques, et il est probable qu’on atteigne prochainement un mur qui nous empêchera de créer des machines plus puissantes. En outre, dans 10 ou 20 ans les ressources disponibles sur Terre ne permettront pas à toutes les entreprises d’acheter et d’entretenir des centrales nucléaires simplement pour faire les calculs des emplois du temps de la journée.

2. Le choix des algorithmes est complexe :

Aujourd’hui on dispose de deux types d’algorithmes quantiques :

• Des algorithmes qui ont un réel avantage théorique par rapport aux algorithmes classiques (accélération exponentielle par exemple) mais qui sont trop complexes pour être testés sur les ordinateurs existants (et il n’y a aucune preuve du fait qu’on sera un jour capable de les utiliser).
• Des algorithmes pour lesquels on n’a pas encore été capable de prouver qu’ils représentent un avantage par rapport aux algorithmes classiques (mais qu’on peut déjà tester sur les ordinateurs existants).

Concrètement on se retrouve d’un côté avec de bons algorithmes inutilisables et de l’autre des algorithmes peut être intéressants (mais possiblement mauvais) qui sont utilisables.

3. Les librairies de codes évoluent très vite :

Les librairies de codes (morceaux de codes mis à disposition des fabricants d’ordinateur quantiques pour interagir avec leurs machines) évoluent très vite, il en va de même pour leurs machines. Il en résulte une instabilité des codes qui force les utilisateurs à réécrire leurs codes plusieurs fois pour pouvoir continuer à les utiliser. C’est dû au fait que contrairement à un ordinateur classique, personne ne souhaite investir (15 millions d’euros) dans un ordinateur qui sera obsolète dans 1 an. Les utilisateurs sont ainsi contraints d’utiliser l’ordinateur disponible dans le cloud au moment de son utilisation, et donc d’adapter son code à celui-ci.

Aujourd’hui ce n’est pas grave, les développeurs peuvent se permettre de perdre un peu de temps à réécrire le code tous les 6 mois par exemple. A terme, quand les algorithmes seront suffisamment intéressants, il sera très difficile de justifier la mise en production de ceux-ci si leur durée « d’exploitabilité » n’est que de quelques mois (car les entreprises n’auront probablement toujours pas les moyens d’investir plusieurs millions d’euros dans un ordinateur).

En conclusion

Les participants à cette demi-journée ont pu échanger sur les résultats de leurs travaux de R&D, les difficultés rencontrées, et les pistes les plus prometteuses pour le futur. Suite au succès de cette rencontre, d’autres matinées d’échanges seront organisées par EURODECISION sur d’autres thèmes d’actualité.

Pour en savoir plus :
– Si vous souhaitez en apprendre plus sur l’informatique quantique chez EURODECISION : Informatique quantique et algorithmes d’optimisation
– Et si vous souhaitez comprendre comment cette technologie fonctionne vous pouvez lire cette série d’articles : Panorama des technologies de l’informatique quantique pour les problèmes d’optimisation