Mais quels sont les enjeux et les contraintes de l'ordinateur quantique ?

Ses enjeux :

L'ordinateur quantique traite les mêmes problèmes que les ordinateurs classiques. On peut d'ailleurs simuler un ordinateur quantique avec un ordinateur classique. Une fonction qui ne serait pas calculable au sens de Turing sur l'ordinateur classique ne le sera pas non plus sur un ordinateur quantique.

La grande, très grande différence, c'est qu'un problème ''difficile'' , c'est-à-dire avec un nombre d'étapes de calcul qui croît énormément avec la dimension du problème, sur un ordinateur classique, devient un problème ''facile'', c'est-à-dire avec un nombre d'étapes polynomial, sur un ordinateur quantique. La factorisation d'un très grand nombre premier sur un ordinateur classique prendrait un temps déraisonnable (plusieurs dizaines ou centaines d'années de calcul) alors qu'il prendra peu de temps (quelques heures ou jours) sur un ordinateur quantique.

L'ordinateur quantique, avec l'algorithme de Grover est aussi particulièrement adapté à la recherche dans les très grandes bases de données non structurées. Il sera dont très utile dans les prochaines applications de ''big data'' et nous épargnera les fermes de milliers de processeurs, qui dépensent une quantité folle d'énergie et sont difficiles à administrer.

Un ordinateur quantique peut produire des suites de nombres aléatoires parfaitement décorrélés. C'est particulièrement utile pour utiliser certains algorithmes classiques connus comme la méthode de Monte-Carlo, qui intervient dans la plupart des simulations.

Les caractéristiques des systèmes quantiques, en particulier le théorème de non clonage quantique, ouvrent d'autres perspectives. Par exemple, la cryptographie quantique permet de coder et de protéger un message de façon bien plus certaine que tous les codages RSA ! Il existe d'ailleurs des applications pratiques professionnelles qui fonctionnent. Vous pouvez, pour quelques milliers d'euros acheter une carte de cryptage quantique pour votre PC. Avec ces propriétés, on comprend mieux que la NSA s'intéresse au sujet !

Les contraintes :

On a du mal à imaginer comment on pourrait piéger quelques atomes ou électrons dans sa tour d'ordinateur et les utiliser comme processeur. Le monde microscopique atomique est un monde instable qui interagit très rapidement avec les conditions externes. On pourrait résumer les contraintes en deux éléments majeurs : premièrement, pendant la phase de calcul, le système doit être totalement isolé du monde extérieur. On ne le laisse communiquer avec l'extérieur qu'avant l'introduction des données et après la lecture des résultats. L'isolement thermique total ne peut bien sûr pas exister, mais si l'on arrive à maintenir le système sans interférence juste les quelques microsecondes nécessaires pour le calcul, on pourrait avoir nos résultats. Ce phénomène d'interférences est appelé décohérence, c'est le principal obstacle actuel à la réalisation d'ordinateur quantique. Le temps de décohérence correspond pour un système quantique au temps pendant lequel ses propriétés quantiques ne sont pas corrompues par l'environnement externe. Deuxièmement, le calcul doit se faire sans la moindre perte d'informations. En particulier tout circuit de calcul quantique doit être réversible.  Dans les circuits logiques ''classiques'' certaines portes ne vérifient pas cette propriété . Cependant, des astuces de construction permettent de contourner cette difficulté en conservant des informations supplémentaires non directement utiles . Toutes les portes classiques ont un équivalent quantique. De nombreux projets ont réussi à créer un environnement quantique idéal pour réaliser des ordinateurs quantiques. Ils ont pour la plupart utilisé des circuits supraconducteurs avec jonction Josephson, des pièges à ions ou des atomes provenant d'un condensat de Bose-Einstein piégés dans un réseau optique.