L`ordinateur quantique

L’ordinateur quantique
Sébastien DENAT
Année 2005/2006

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Rapport de TIPE - 2005/2006
RESUME :
L’ordinateur est utilisé dans de très nombreux domaines. C’est un outil indispensable pour les
scientifiques, l’armée, mais aussi les entreprises du monde entier. Cependant, tous ne l’utilisent pas de
la même manière et certains secteurs commencent à arriver aux limites technologiques de l’ordinateur.
C’est pour cela que les scientifiques tentent de trouver des solutions à ces limites et de faire évoluer
cet outil. Certains scientifiques se sont penchés sur la mécanique quantique car, pour eux, l’ordinateur
quantique est une évolution probable de l’ordinateur classique et une des plus prometteuse en termes
de performances.
Cela fait environ 20 ans que les scientifiques qui croient en cet ordinateur révolutionnaire
travaillent dessus. Bien qu’ils aient réussi à effectuer la première factorisation à l’aide de cet
ordinateur, le chemin pour arriver à concevoir cette machine est encore long et semé d’embûches. En
effet, les difficultés sont nombreuses. Il y a le problème de la lecture de l’information quantique mais
aussi la fabrication physique de l’ordinateur en tant que tel. Mais toutes ces difficultés ne découragent
pas ces chercheurs car les perspectives de cette machine sont incroyables. En effet, celle-ci ne
possédera, en théorie, aucune limite de vitesse. Les chercheurs ont une autre raison pour croire à
l’avenir de cet ordinateur. Cette raison ne vient pas que des avantages de cette machine mais de
l’intérêt que des gouvernements peuvent lui porter car ce sont eux qui financent la recherche
fondamentale sur la mécanique quantique. Le principal avantage de cet ordinateur est le niveau de
sécurité qu’il offre en cryptographie. En effet, les messages codés avec un tel ordinateur sont sûrs à
100%. Son utilisation pour sécuriser les communications militaires d’une armée en opération est d’un
intérêt évident pour un gouvernement et cette application possible motive leurs décisions de financer
la recherche.
Mots clés : Ordinateur quantique, Qubits, mécanique quantique, algorithme, cryptographie, rapidité.

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Rapport de TIPE - 2005/2006
SOMMAIRE
SOMMAIRE ......................................................................................................................3
I. Introduction........................................................................................................................4
II. Qu’est ce que l’ordinateur quantique ? ..............................................................................5
A. Historique de l’ordinateur quantique..............................................................................5
B. Fonctionnement de l’ordinateur quantique ....................................................................6
III. Caractéristique de l’ordinateur quantique......................................................................9
A. Avantage.........................................................................................................................9
B. Difficultés d’un tel ordinateur......................................................................................11
IV. L’avenir de l’ordinateur quantique...............................................................................12
A. C’est pour quand ?........................................................................................................12
B. Les applications............................................................................................................13
V. Conclusion........................................................................................................................16
VI. Bilan du planning prévisionnel ....................................................................................17
Bibliographie....................................................................................................................18

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Rapport de TIPE - 2005/2006
I. Introduction
L’ordinateur quantique est une combinaison de deux grands domaines scientifiques : la
mécanique quantique et l’informatique. En choisissant ce sujet, mon objectif était de mieux
comprendre une technologie qui m’est totalement inconnue. En effet, la mécanique quantique, sur
laquelle repose cet ordinateur, n’est pas facile à comprendre car la mécanique quantique, qui régit le
mouvement des corps dans les domaines atomiques, moléculaires et corpusculaires, est une théorie
dont la logique est totalement contraire à l’intuition et il est indispensable d’avoir recours aux
mathématiques pour bien la saisir. L’ordinateur quantique est-il l’avenir de l’ordinateur ? L’ordinateur
quantique est un concept assez vague quand on n’est pas spécialiste du sujet. C’est pourquoi il est
important de pouvoir le définir et de connaître ses caractéristiques. Sera-t-il ou pas une véritable
révolution, nous sommes en droit de nous demander quelle est l’avenir d’un tel ordinateur.

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II. Qu’est ce que l’ordinateur quantique ?
A. Historique de l’ordinateur quantique
C’est au début des années 80 que les scientifiques ont commencé à réaliser que l’avenir de
l’ordinateur était basé sur la théorie quantique. En effet, ils ont pris conscience que l’ordinateur actuel
s’approchait de plus en plus de ses limites car on ne peut pas miniaturiser à l’infini. L’hypothèse qui
découla de ce constat fut donc que la prochaine évolution de l’ordinateur reposerait sur la théorie
quantique. Cependant, cette théorie est plus ancienne que cela. C’est le physicien Richard Feynman
qui fut le premier à se pencher sur la question dans les années 60.
Le principe de l’ordinateur quantique repose sur les propriétés de la mécanique quantique.
Einstein, lui-même, contestait la mécanique quantique et proposait une expérience, qu’il nomma
paradoxe EPR, qui devait prouver que la mécanique quantique était inexacte. Mais cette expérience ne
put être réalisée qu’en 1981 par Alain Aspect car la technologie de l’époque ne permettait pas sa
réalisation. Le résultat de cette expérience prouva, sans aucune contestation, que la mécanique
quantique régissait le déplacement des atomes.
En 1993, les prémisses de l’ordinateur quantique sont découvertes grâce à Charles Bennett
(IBM Research), Gilles Brassard (Université de Montréal) et d’autres scientifiques car ils mettent en
évidence une propriété de l’information quantique. Cette propriété va à l’encontre de toutes les règles
de la physique classique. Cette équipe de scientifiques met en place un protocole de téléportation qui
utilise les propriétés du lien EPR découvert par Einstein. En effet, le lien EPR est une sorte de liaison
entre deux particules. Cela signifie que les deux particules sont reliées entre elles et que toute action
sur l’une provoque la réaction de l’autre. Donc, si l’état d’une des deux particules change l’autre
particule subira le même changement au même moment. C’est grâce à ce protocole que Anton
Zeilinger (Université de Vienne) réalise en 1997 la première téléportation de photon.
En 1994, Peter Shor, des laboratoires AT T, avait imaginé un algorithme mettant à profit cette
propriété pour factoriser de très grands nombres dans un temps "polynomial", ce qui signifie, en
langage mathématique, que l'accroissement de la taille des clefs de cryptage ne serait plus un obstacle
insurmontable.