La nouvelle ruée vers l’or dans le domaine de l’informatique est le contrôle des machines quantiques. Depuis la création du premier modèle commerciale de l’ordinateur par la société canadienne D-Wave en 2015, les géants informatiques se pressent pour en prendre le contrôle. C’est le cas de Microsoft qui a mis à disposition en open source aux développeurs, un kit de développement pour ordinateur quantique sur MacOs et Linux.
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La première version du kit de développement est sortie l’année dernière en version béta . Pendant tout ce temps, le kit n’était accessible que par les utilisateurs de Windows. Avant de poursuivre il est nécessaire de comprendre pourquoi les recherches en informatique quantiques se multiplient d’année en année. Je profiterai de cette occasion pour parler des raisons pour lesquelles on devrait s’intéresser aux ordinateurs quantique. Pour commencer parlons de nos ordinateurs.
L’Ordinateur traditionnel
Avant d’entrer dans les détails nous allons parler du fonctionnement des ordinateurs actuels. Nos pc fonctionnent sur le principe d’une loi énoncé depuis 1965 par le co-fondateur de la société Intel, Gordon Moore. Selon cette loi connue sous le nom de loi de Moore, la puissance d’un ordinateur serait liée au nombre de transistors que contient son processeur. Tous les 2 ans ( précisément 1,96 an) le nombre de transistors double dans une puce, rendant obsolète les ordinateurs sorti 2 ans avant.
Gordon Moore avait prédit que les ordinateurs allaient atteindre leur limite de performance lorsque les puces auront atteint la taille d’un atome. Ces prédictions se sont avérées étonnement juste jusqu’en 2001 où les performances des ordinateurs ont légèrement commencé à décliner. En 2014 la première puce gravée est environ 5000 fois plus fin qu’un cheveux.
Hormis les limites physiques d’un ordinateur, il y a aussi des limites informatiques qui dépendent fortement de l’architecture traditionnelle de nos pc .
L’informatique traditionnel
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Les fichiers, les logiciels, les chiffres et même les lettres sur votre ordinateur ont tous quelques choses en commun. Pour tous généraliser on les appelle information. Les informations sont tous codés sous forme de combinaison de 1 et de 0 appelé bit. Toutes les opérations de traitements et les résultats sont traités en bit. Le terme informatique provient de l’ensemble de toutes les activités qui concernent la manipulation de l’information.
Pour vous donner une idée, les informations que vous recevez en ligne par câble réseau sont envoyés sous forme de pulsion électrique ou de lumière ( le cas du câble optique) .L’ordinateur interprète ces pulsions en accordant la valeur 1 au bit lorsqu’il reçoit le courant et la valeur 0 dans le cas contraire.
La propriété du bit à prendre pour valeur soit 1 ou 0 ne donne pas assez de liberté pour stocker ou traiter de grande informations. L’on doit sans cesse avoir recours à des algorithmes de traitement avancée ou améliorer l’architecture physique de la machine pour optimiser sa performance. De plus il traite très difficilement les informations simultanément. Même avec plusieurs coeurs et processeurs, la vitesse de traitement reste toujours la clé pour donner l’impression de traitement simultané.
Ce procédé a malheureusement des limites. Vous ne le sentez peut être pas parce que vous pensez qu’il suffit d’avoir le meilleur ordinateur du marché. Ça ne marche pas toujours comme ça dans tous les cas.
Imaginez un ordinateur qui envoie des vidéos, des pages, qui fait des calculs pour des millions de personnes dans le monde en simultanée. Pour vous donner une idée, lancer 4 jeux vidéos 3D dans votre machine. Votre ordinateur répond de moins en moins vite et plante parfois. Pour jouer à des jeux plus puissant, on voudra ajouter plus de RAM, ou de carte graphique ou même de disque dur.C’est le même problème pour les serveurs. Si on accède facilement à des sites internet, à des logiciels de calcul dans le cloud à des sites de streaming , c’est grâce aux machines qu’on appelle serveur. On aura besoins d’ajouter plus de capacité pour stocker plus d’informations et plus de processeurs pour traiter plus d’informations. On ira même jusqu’à ajouter plus de machines. Le problème est que le nombre de disque qu’on peut ajouter à un ordinateur est limité par la puissance de son processeur. Le nombre de processeur supporté est aussi limité par l’architecture de l’ordinateur. La quantité de données à stocker augmente jusqu’à 60% chaque année dans le monde, donc imaginez la galère. Dans nos pc portable cette limite est facilement franchis lorsqu’on fait des calculs scientifiques, de l’animation 3D et des simulations.
Nous avons fait le tour des problèmes de nos ordinateurs , intéressons nous aux potentiels des ordinateurs quantique.
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Pour résoudre les problèmes de limitation des ordinateurs traditionnels, les ordinateurs quantiques semblent être la solution du moment. Le principe de cette machine est basé sur la physique quantique. L’idée est publiquement proposée pour la première fois par Richard Feynman, lors d’une conférence au MIT en 1981.
Nous avons montré que les ordinateurs classiques traitent les informations sous forme de combinaisons de 0 et de 1 appelé bit. Un bit est soit 1 ou 0, les ordinateurs quantiques utilisent les qbits prononcés kubits. Un qbit à la différence des bits a la valeur de 0, ou de 1 ou une superposition de 0 et de 1. Cette petite différence a des conséquences immenses sur la vitesse de traitement des informations et leur stockage.
Pour vous aider à comprendre, je dispose de trois bouteilles de boissons différentes. Le malta, le tchouk et le vin de palme. Si j’étais un ordinateur classique, j’allais stocker les 3 bouteilles dans le frigo. Pour les boires je dois les consommer l’une après l’autre pour savourer chacune de leurs goûts.
Si je veux me comporter comme une machine quantique, je vais stocker les trois bouteilles de boissons dans une seule bouteille de même volume au frigot. Sans magie. Pour le consommer, je bois le mélange. A chaque trait je savoure distinctement à volonté le goût du malta, du tchouk ou de vin de palme sans ressentir le mélange. Encore une fois, sans magie.
Vous trouvez l’exemple irréaliste ? c’est ainsi que les machines quantiques fonctionnent. Les bouteilles de boissons représentent les informations. L’ordinateur classique traite les infos les unes après les autres. C’est pour ça je bois les bouteilles séparément. Pour stocker 3 fichiers, il faut 3 block d’espaces sur le disque dur (le frigo). L’ordinateur quantique quand à elle, peut superposer les 3 fichiers dans un block d’espaces ( la bouteille spéciale). A partir des qbits qui représentent les 3 fichiers, la machine effectue simultanément des traitements a une vitesse record, comme si il traitait un fichier. Ce qui explique ma capacité à savourer différemment les 3 goûts au choix en un coup.
C’est un des exemples non rigoureux d’utilisation des qbits dans un ordinateur quantique, la manière exacte de stocker les données et la gestion des processus de traitement sont laissées à l’imagination des mathématiciens, des développeurs et des geeks.
Le problème avec la machine trop performante
La puissance des machines quantiques fait rêver, mais elle est aussi à craindre. Une machine quantique est si puissante qu’elle peut cracker sans difficulté tous les algorithmes de cryptage de nos machines par force brute. Vous réalisez le danger, mais pas assez, la suite vous fera froid dans le dos. Un ordinateur quantique peut potentiellement cracker l’algorithme du bitcoin et ses dérivés. Les experts en cyber-sécurité recommandent vivement d’utiliser les versions les plus récentes d’algorithme de cryptage. L’heure de la cryptographie quantique est certainement en train de sonner.
Maintenant vous avez une idée de ce qu’est un ordinateur quantique et pourquoi il est important de le suivre de prêt. Je reviens donc sur le titre de cette article qui parle du kit de développement pour ordinateur quantique.
Et si on revient sur le sujet
On a vu qu’on a besoins de machines de plus en plus puissante pour accélérer les recherches, la production des produits et proposer des services de qualité pour satisfaire la demande de plus en plus en hausse. Les ordinateurs traditionnels s’approchent de plus en plus de leur limite et les machines quantiques ont une puissance de calcul qui dépassent de loin celui de nos ordinateurs courants.
A l’heure actuel les ordinateurs quantiques ne sont pas disponible au publique, mais certains entreprises comme IBM, Google et Microsoft tentent de le proposer sous forme de service cloud. Microsoft devance ses concurrents en proposant gratuitement le kit de développement pour ordinateur quantique sur Windows, MacOs et Linux.
Ce kit contient un nouveau langage de programmation appelé Q# qui est destiné à créer des programmes quantiques. D’après la firme le kit est compatible avec python, langage très utilisé pour faire des calculs numériques. L’émulateur de machine quantique, plus rapide que sa première version lancé l’année passée, est aussi disponible. Microsoft prend les devants dans cette nouvelle ère de l’information pour gagner le marché. La librairie est disponible sur github: http://github.com.
Ma pensée :
J’ai pris le temps d’étudier et de comprendre le phénomène des ordinateurs quantiques afin de l’expliquer de manière intuitive et simplifier. J’ai donc volontairement écarté toute rigueur pour faciliter la compréhension des parties techniques . J’espère pousser les geeks africains et les intéressés à s’intéresser de plus près à cette nouvelle technologie. Je suis impatient de voir ce qu’on peut en faire en Afrique et partout ailleurs. Si vous découvrez une erreur ou un point qui demande plus d’explication merci de m’écrire sur [email protected].
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