Informatique quantique
Un peu d'histoire
L’aventure de l’informatique quantique s’accélère depuis plusieurs décennies, portée par des pionniers et des leaders industriels. En 1968, Stephen Wiesner a introduit le premier concept de codage sur ordinateur quantique. En 1973, Alexander Holevo a décrit le qubit et sa capacité à transporter plus d'informations qu'un bit numérique. Les travaux de Paul Benioff en 1980 ont posé les bases techniques des ordinateurs quantiques. Par la suite, d'importantes recherches fondamentales ont été menées, conduisant à la création du premier ordinateur quantique fonctionnel à l'Université d'Oxford en 1998.
Cette révolution connaît un tournant avec l’arrivée de grandes entreprises : IBM lance ses premiers ordinateurs quantiques disponibles en cloud, permettant à des milliers de chercheurs de développer et de tester des algorithmes novateurs. Le groupe a aussi su imposer des normes logicielles comme Qiskit, reconnues dans la communauté scientifique.
Parmi les pionniers mondiaux, D-Wave se distingue en commercialisant dès 2011 des processeurs quantiques utilisant une technologie dite "à recuit quantique", qui a permis d’aborder concrètement des problèmes d’optimisation industrielle et scientifique. L’entreprise ouvre la voie à l’utilisation réelle du quantique pour résoudre des défis complexes en logistique, finance et intelligence artificielle.
La France n’est pas en reste : Pasqal s’impose comme l’un des leaders européens, avec ses processeurs à atomes neutres et des avancées rapides en chimie, science des matériaux et optimisation. Pasqal collabore aujourd’hui avec IBM pour intégrer leurs technologies dans des architectures hybrides où utilisateurs et chercheurs peuvent combiner le meilleur des deux mondes — quantique et classique — pour créer des applications concrètes et accessibles.
Ainsi, l’histoire de l’informatique quantique s’écrit désormais avec des acteurs majeurs comme IBM, D-Wave et Pasqal, qui transforment le potentiel scientifique en solutions industrielles de plus en plus proches des besoins réels des entreprises.
Principes fondamentaux
Les bits classiques et les bits quantiques (Qubits) : un bit classique peut être comparé à un interrupteur. On peut allumer et éteindre un interrupteur, le mettant dans un état ou dans l'autre. De même, un bit peut être éteint (0) ou allumé (1). L'état d'un bit classique est toujours déterminé et vaut soit zéro (0), soit un (1).
Un bit quantique (qubit) peut également être réglé sur zéro ou un. La notation pour zéro est |0⟩ et pour un |1⟩, car un qubit est représenté par un vecteur : [1 ≤ 0] pour zéro et [0 ≤ 1] pour un. Il est important de noter que nous ne connaissons pas l'état d'un qubit tant que nous ne le mesurons pas. Lorsqu'on mesure un qubit, il se réduit à |0⟩ ou |1⟩. Une fois réduit à |0⟩ ou |1⟩, un qubit reste dans cet état, tout comme un bit classique ne change pas d'état (Stone, 2023).
Panorama des Qubits
Comprendre ce panorama technologique des qubits est essentiel pour anticiper les disruptions, identifier des cas d’usage pertinents et s’acculturer à une révolution portée par la recherche fondamentale et les premiers déploiements industriels.
Qubits supraconducteurs
Exploités notamment par IBM Quantum, Google ou Rigetti.
Fonctionnent à proximité du zéro absolu, sur des puces micro-ondes intégrant des jonctions Josephson.
Forces : production industrielle, montée en échelle rapide, compatibilité avec les systèmes de calcul cloud.
Limites : sensibilité à la décohérence (erreurs), besoin de cryogénie lourde.
Ions piégés
Atomes chargés isolés par des champs électromagnétiques (IonQ, Honeywell, Quantinuum).
Forces : très forte fidélité, manipulation précise, correction d’erreurs avancée.
Limites : intégration massive plus difficile, infrastructure optique complexe.
Photons
Qubits portés par la lumière (PsiQuantum, Xanadu), excellents pour la transmission, la cryptographie ou l’intrication à distance.
Forces : pas de perte d’information sur de longues distances.
Limites : stockage et manipulation moins matures pour le calcul à grande échelle.
Atomes neutres
Utilisation de réseaux d’atomes ultra-froids (QuEra, Pasqal) pour former des qubits via laser.
Forces : bonne évolutivité, contrôle par réseau optique.
Limites : défis de stabilité et de contrôle long terme, moins mature industriellement.
Autres technologies de qubits
Matériel et intégration système L’implémentation de l’informatique quantique requiert une infrastructure matérielle hautement spécialisée. La manipulation des qubits nécessite souvent des environnements cryogéniques proches du zéro absolu, ainsi que des dispositifs électroniques de contrôle ultra-précis pour générer, lire et manipuler les états quantiques. La robustesse du système dépend de la réduction du bruit et de la décohérence, facteurs limitant la durabilité des qubits.
L’intégration des calculateurs quantiques avec des architectures classiques se simplifie grâce à des plateformes cloud hybrides, qui permettent de mutualiser les ressources et d’exploiter le meilleur des deux mondes pour des applications allant de la recherche à l’industrie.
La superposition
L’informatique quantique réinvente l’informatique avec des idées surprenantes. Imaginez un ordinateur qui, au lieu de suivre chaque chemin d’un labyrinthe un à un, pourrait tous les explorer simultanément : c’est possible grâce à la superposition. Un ordinateur classique fonctionne comme un interrupteur : la lumière est soit allumée, soit éteinte (bits classiques - 0 et 1). Mais un ordinateur quantique, grâce à ses qubits, peut être dans une combinaison d’états simultanément, jusqu’à ce qu’on le mesure. Cette capacité permet, par exemple, de rechercher une information dans une immense base de données beaucoup plus rapidement qu’avec un ordinateur traditionnel.
La superposition est illustrée par l’expérience du "chat de Schrödinger" : tant que la boîte reste fermée, le chat peut être considéré à la fois vivant et mort — un état improbable dans notre quotidien, mais réel en physique quantique. Plus concrètement, lorsqu’une entreprise analyse des milliers de scénarios, un ordinateur quantique peut les étudier en parallèle, accélérant ainsi le processus.
L'importance de la superposition peut aussi être illustrée par l'expérience de la double fente.
Expérience à double fente. Université Radboud de Nimègue (2010)
Cette expérience, originellement conduite par Thomas Young pour la lumière, montre des motifs d'interférence résultant du comportement ondulatoire. De façon analogue, les qubits peuvent exister simultanément dans plusieurs états et créer des interférences. L’interférence quantique peut être utilisée pour augmenter la probabilité de mesurer la bonne solution tout en supprimant les solutions incorrectes, accélérant ainsi les calculs (Université Radboud de Nimègue, 2010 ; Microsoft, 2025).
L’intrication
L’intrication est un lien instantané entre deux qubits. C’est comparable à une paire de gants magiques : séparez-les à l’autre bout du monde, il suffit de regarder l’un pour connaître instantanément l’état de l’autre. Dans la réalité des qubits, ce lien permet des communications à distance ultra-sécurisées. Par exemple, deux banques souhaitant échanger des données sensibles pourraient utiliser l’intrication pour détecter toute tentative d’écoute. L’intrication est aussi utilisée pour synchroniser des systèmes et transmettre des informations de façon sécurisée.
L'intrication est cruciale pour l'informatique quantique car elle améliore la puissance de traitement (interconnexion des qubits), sert en cryptographie quantique (distribution de clés), permet le codage superdense et la téléportation quantique, base des réseaux de communication quantiques (Stone, 2023).
La mesure quantique
La mesure quantique marque le passage du monde des possibles au concret. Lorsqu’on "regarde" un qubit pour obtenir une information, il se fige instantanément dans l’un de ses états : zéro ou un. Jusqu’à cette mesure, le qubit peut combiner plusieurs valeurs ; cette incertitude offre un potentiel immense pour le calcul. Mais la mesure limite également les avantages de la superposition, car elle convertit l’information quantique en un résultat exploitable.
L’interférence quantique
Les états des qubits se comportent comme des vagues qui s’additionnent ou s’annulent. Lorsqu’on prépare un calcul quantique, l’algorithme est conçu pour que les bonnes solutions s’amplifient et que les mauvaises disparaissent. Grâce à l’interférence, l’ordinateur quantique oriente ses calculs vers la réponse correcte, ce qui le rend efficace pour des tâches complexes comme la recherche super-rapide d’informations ou la résolution d’énigmes logistiques.
Correction d’erreurs quantiques et décohérence
Les qubits sont très sensibles à leur environnement : bruit, variations de température ou perturbations peuvent fausser leurs états et leurs résultats. Les ordinateurs quantiques avancés intègrent des mécanismes de correction d’erreurs sophistiqués pour détecter et corriger les erreurs. La maîtrise de la décohérence et la mise au point de codes de correction d’erreurs restent des défis technologiques majeurs.
Ressources
Algorithmes quantiques
Les algorithmes quantiques exploitent la superposition et l’intrication des qubits pour résoudre certains problèmes bien plus rapidement qu’un ordinateur classique. Parmi les plus connus :
Chaque algorithme maximise l’interférence constructive des états quantiques pour amplifier la probabilité d’obtenir la bonne solution.
Applications concrètes sectorielles
L’informatique quantique promet des retombées majeures dans de nombreux secteurs : optimisation logistique (gestion de flottes, approvisionnements), finance (simulation de portefeuilles, réduction des risques), chimie et santé (modélisation moléculaire, découverte de matériaux ou médicaments), cybersécurité et intelligence artificielle.
Exemples d’impact : simulation de phénomènes chimiques complexes pour le développement de batteries ou de médicaments, optimisation de la planification logistique et gestion énergétique. L’informatique quantique ne remplace pas l’informatique classique mais la complète en ouvrant l’accès à des solutions auparavant inenvisageables.
Les ordinateurs quantiques
Les ordinateurs quantiques représentent une avancée révolutionnaire, exploitant la mécanique quantique pour effectuer des calculs complexes à grande vitesse. Ils reposent sur des qubits capables d'exister simultanément dans plusieurs états grâce à la superposition. Ce principe, combiné à l'intrication et aux portes quantiques, permet de traiter de vastes volumes de données plus efficacement.
Le développement fait appel à différentes approches (électroniques, ioniques, photoniques), chacune avec ses avantages et défis. Les circuits quantiques — composés de qubits et de portes quantiques telles que Hadamard, CNOT ou Toffoli — constituent le modèle fondamental de calcul. La performance d’un circuit dépend de la qualité du contrôle des qubits, de la gestion de la décohérence et des mécanismes de correction d’erreurs.
Ordinateurs quantiques : prix des accès
La page « Hardware Access » du Quantum Benchmark Zoo recense et compare modalités d’accès, fournisseurs et prix des ordinateurs quantiques : https://quantumbenchmarkzoo.org/content/business-info/hardware-access
Ce tableau permet d’identifier :
Logiciels et outils de développement quantique
L’écosystème logiciel s’appuie sur des environnements tels que Qiskit, Cirq ou Ocean, qui interfacent des langages classiques avec des circuits quantiques. Ces outils offrent des bibliothèques pour programmer, simuler et tester des algorithmes sur des émulateurs ou du matériel réel. L’émergence d’APIs hybrides facilite l’intégration des traitements quantiques dans des workflows classiques, accélérant l’expérimentation et la montée en compétences des développeurs.
Défis et perspectives
Malgré des avancées rapides, de nombreux défis subsistent : augmenter le nombre de qubits fiables, améliorer la correction d’erreurs, réduire la décohérence et standardiser les outils logiciels. Les besoins en formation, l’accès aux machines, les questions de souveraineté technologique et les enjeux éthiques exigent un effort collectif continu.
À moyen terme, les systèmes hybrides et les machines NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum) continueront de porter la révolution quantique, tandis que la perspective d’ordinateurs quantiques universels accentuera la transformation numérique mondiale. Le succès dépendra d’une recherche collaborative et de l’appropriation progressive de ces technologies par les entreprises et la société.
Parlons de votre projet, de vos objectifs
Mis à jour