Et maintenant nous allons voir son histoire et comment il a évolué dans le temps.
Cette image est une photo de Rolf Landauer.
Suite aux travaux de Rolf Landauer sur la réversibilité logique et physique du processus de calcul,
Charles Bennett d'une part, Edward Fredkin et Tommaso Toffoli de l'autre, présentent indépendamment
des modèles d'ordinateurs qui prouvent la faisabilité pratique de tels calculs. La réversibilité logique
correspond ici à la possibilité de défaire une à une les opérations logiques effectuées en appliquant
l'instruction inverse, tandis que la réversibilité physique implique l'absence de dissipation d'énergie,
donc l'absence d'opération visant à effacer une information (principe de Landauer).
Or, les lois fondamentales de la physique étant réversibles (le remplacement du temps par son opposé
ne change pas substantiellement la forme des équations), le rapprochement entre théorie quantique et
proccessus de calcul est acté par Paul Benioff en 1980 lorsqu'il décrit un ordinateur à partir
des concepts quantiques, notamment de l'opérateur hamiltonien. En Russie, Yuri Maninfait une proposition semblable
mais non relayée alors en occident faute d'être traduite.
En 1981, Rolf Landauer, Edward Fredkin et Tommaso Toffoli organisent la première Conférence sur la Physique du Calcul
à la Endicott House du MIT, qui réunit une quarantaine de physiciens, informaticiens, ingénieurs ou curieux.
Richard Feynman y prononce un discours centré sur l'idée de simuler exactement la mécanique quantique
,tâche impossible pour les ordinateurs classiques. Il est bientôt suivi par David Albert.
De son côté, David Deutsch, imagine en 1979 un calculateur basé sur la mécanique quantique,
dans le but de tester la théorie des univers multiples de Hugh Everett.
Son article n'est toutefois publié qu'en 1985, avant un second texte dans lequel Deutsch énonce un problème
pour lequel le parallélisme quantique assurerait une résolution certaine et plus rapide qu'un ordinateur classique.
En 1992, David Deutsch et Richard Jozsa écrivent l'algorithme éponyme en réponse à ce problème.
L’idée de Feynman était : « Au lieu de nous plaindre que la simulation des phénomènes quantiques
demande des puissances énormes à nos ordinateurs actuels, utilisons la puissance de calcul des phénomènes quantiques
pour dépasser nos ordinateurs actuels ».
Jusqu'au milieu des années 1990, les physiciens sont partagés quant à la possibilité d'une réalisation pratique,
en partie à cause du phénomène d'interaction du système quantique avec son environnement, qui provoque la décohérence
et la perte de tout ou partie de l'information calculée.
Mais :
En 1994, Peter Shor, chercheur chez AT&T, montre qu’il est possible de factoriser des grands nombres
dans un temps raisonnable à l’aide d’un calculateur quantique. Cette découverte débloque brusquement des crédits.
Shor propose l'année suivante l'un des premiers codes de correction d'erreur adapté aux systèmes quantiques ;
En 1996, Lov Grover, invente un algorithme utilisant un circuit (théorique) de calcul quantique
qui permet de trouver une entrée dans une base de données non triée
En 1998, IBM est le premier à présenter un calculateur quantique de 2 qubits ;
En 1999, l’équipe d’IBM utilise l’algorithme de Grover sur un calculateur de 3 qubits,
puis bat ce record l’année suivante avec un calculateur de 5 qubits ;
En 2001, le CEA a mis au point une puce en silicium utilisant trois nanojonctions Josephson appelée
le quantronium : deux jonctions servent de qubit, la troisième sert d'instrument de mesure. Pour les qubits,
ces circuits électroniques contiennent des états de spin dans des boites quantiques semi-conductrices.
À long terme, ces systèmes « solides » offrent des perspectives intéressantes d'intégration à grande échelle ;
Le 19 décembre 2001, IBM crée un calculateur quantique de 7 qubits et factorise le nombre 15grâce à l’algorithme de Shor.
Ces calculateurs à 7 qubits sont bâtis autour de molécules de chloroforme et leur durée de vie utile ne dépasse pas
quelques minutes. On parle par dérision de wetware ;
En 2006, Seath Lloyd, professeur au Massachusetts Institute of Technology (MIT),
pionnier du calcul quantique et auteur du livre Programming the Universe, mentionne dans le numéro d’août 2006
de la revue Technology Review (p. 24)
l’existence de calculateurs quantiques à 12 qubits ;
En avril 2006 l’Institut de traitement de l’information quantique de l’université d’Ulm en Allemagne
présente la première micropuce européenne linéaire tridimensionnelle qui piège plusieurs atomes ionisés Ca+ de manière isolée ;
Le 13 février 2007, la société D-Wave annonce officiellement avoir réalisé un ordinateur quantique à base solide de 16 qubits ;
Le 14 décembre 2007, l’université du Queensland annonce travailler sur des circuits quantiques optiques ;
En avril 2008, un article publié dans Scientific American fait état d’une avancée vers un calculateur quantique utilisant
l’effet Hall quantique fractionnaire ;
En 2009, des chercheurs de l’université Yale créent le premier processeur quantique rudimentaire transistorisé de 2 qubits,
capable d’exécuter des algorithmes élémentaires ;
Le 14 avril 2009, la société D-Wave annonce une puce quantique de 128 qubits
Le 28 juin 2009, la revue Nature rend compte de la réalisation par une équipe de l’université Yale d’un circuit de calcul quantique solide
pouvant être utilisé à terme dans un calculateur quantique. Chacun des deux qubits qui le composent est constitué de plus d’un milliard d’atomes
d’aluminium mais ces deux qubits agissent comme un seul qui pourrait occuper deux états d’énergie différents ;
En 2010, une équipe de l’université de Bristol crée un processeur quantique optique, en silicium, capable d’exécuter l’algorithme de Shor ;
Le 3 mars 2011, des physiciens de l'université de Sherbrooke trouvent un nouvel algorithme quantique important.
En 2011, le dispositif le plus complexe a été mis au point à l'université d’Innsbruck et comporte 14 qubits ;
En 2011, la société D-Wave annonce la première commercialisation d'ordinateur quantique le "D-Wave One".
Le 25 mai 2011 la société Lockheed Martin achète le premier "D-Wave One", puis ce sera la NASA.
En 2012, Enrique Martín-López, Anthony Laing, Thomas Lawson, Roberto Alvarez, Xiao-Qi Zhou et Jeremy L. O'Brien de l’université de Bristol
créent un dispositif quantique optique, capable de factoriser le nombre 21 en exécutant l’algorithme de Shor ;
En mai 2013, Google lance le Quantum Artificial Intelligence Lab, hébergé par le Centre de recherche Ames de la NASA,
avec un ordinateur quantique D-Wave 512 qubits. L'USRA (Universities Space Research Association) invite alors les chercheurs à participer au projet
et à étudier l'informatique quantique notamment pour l'apprentissage machine ;
En janvier 2014, le Washington Post révèle, sur la base de documents fournis par Edward Snowden,
que la NSA possède un programme de recherche de 79,7 millions de dollars (intitulé « Penetrating Hard Targets »)
dont le but est de développer un ordinateur quantique, qui lui permettrait dans le principe d'espionner en toute transparence les communications chiffrées
des entreprises comme des États. Toutefois il semble peu probable que la technique nécessaire soit au point, ou en passe de l'être ;
En 2014, un groupe de chercheurs de l'ETH Zürich, USC, Google et Microsoft réalise des tests sur le D-Wave Two.
Les chercheurs rapportent n’avoir pas pu mesurer ni exclure une accélération quantique ;
En 2014, les chercheurs de l'Université de Nouvelle-Galles du Sud parviennent à utiliser du silicium comme protection autour des qubits,
ce qui a pour effet de les rendre plus précis et d’augmenter la durée pendant laquelle ils conservent l’information.
Ce qui pourrait faciliter la construction d’ordinateurs quantiques à terme ;
À la suite des avancées techniques annoncées par une équipe australienne, Brian Snow, ancien directeur technique de la NSA,
met en garde contre la perte possible à terme de tout secret des transmissions sur l'Internet ;
En avril 2015, les scientifiques d'IBM rendent publique deux avancées critiques pour la réalisation d'un ordinateur quantique.
Les chercheurs ont été capables de détecter et de mesurer simultanément les deux types d'erreurs quantiques.
Ils ont également développé une nouvelle conception de circuit de bit quantique qui pourrait être utilisé pour un plus grand nombre de qubit ;
En juillet 2015, 2 chercheurs prétendent avoir trouvé un algorithme quantique qui résout en temps polynomial le problème SAT ;
En octobre 2015, des chercheurs de l'université de Nouvelle-Galles du Sud ont construit pour la première fois une porte logique quantique en silicium ;
Le premier trimestre 2016 : la revue Nature Photonics signale que des chercheurs « du CNRS, de l'université Paris Diderot et de l'université Paris-Sud »
font avancer une voie utilisant les photons en mettant au point une source de paires de photons intriqués « 15 fois plus brillante que les sources usuelles » ;
IBM annonce au deuxième trimestre 2016 sa mise à disposition de moyens de calcul quantique par Internet ;
En août 2016, les scientifiques de l'Université du Maryland construisent avec succès le premier ordinateur quantique reprogrammable ;
Le 26 octobre 2016 : la découverte de particules similaires aux fermions de Majorana est annoncée comme ouvrant de nouvelles voies possibles au calcul quantique ;
En octobre 2016, l'Université de Bâle décrit une variante d'ordinateur quantique basé sur des trous d’électrons qui,
au lieu de manipuler des spins d'électrons, utilise des trous électroniques dans un semi-conducteur
à basse température qui sont beaucoup moins vulnérables à la décohérence. Le prototype a été baptisé ordinateur quantique « positronique »
car la quasi-particule se comporte comme si elle avait une charge électrique positive ;
Le 7 novembre 2016 : la compagnie Atos dirigée par Thierry Breton lance un programme de simulation de calcul quantique afin que
des algorithmes soient mis au point et prêts dès la disponibilité éventuelle de circuits quantiques généraux.
Le calculateur serait simulé en attendant cette disponibilité sur supercalculateur Bull Sequana (avril 2016) qui devrait atteindre 1 exaFLOPS,
soit 1018opérations flottantes par seconde ;
Le 22 novembre 2016 : Microsoft annonce que l'informatique quantique est désormais en tête de ses priorités et qu'elle lui voit davantage d'avenir qu'aux PC ;
En 2016, le professeur Gérard Berry, du Collège de France, rappelle que la machine actuelle de D-Wave n'est pas un calculateur quantique général,
mais optimisé pour un type de calcul nommé le recuit simulé, qui se prête bien au calcul quantique. Sans minimiser la portée de cette réalisation,
il invite à relativiser pour le moment tout enthousiasme prématuré.
2017
En 2017, les avancées chez Google, Intel et plusieurs autres groupes de recherche suggèrent que la réalisation d’ordinateurs quantiques
à grand nombre de qubits sera peut-être accessible d’ici 4 à 5 ans. Ceci est rendu notamment possible par
la disponibilité accrue de financement d’entreprises telles que Google, IBM, Intel et Microsoft pour
la recherche et le développement de technologies variées nécessaires à la création d’un ordinateur quantique fonctionnel.
D’après Harmut Neven, responsable des recherches en calcul quantique chez Google, son équipe est sur le point de construire un système de 49 qubits
d’ici la fin de l’année. Le nombre d'environ 50 qubits correspond au seuil, connu sous le nom de suprématie quantique, au-delà duquel aucun superordinateur classique
ne serait capable de gérer la croissance exponentielle de la mémoire et la bande passante de communication nécessaire pour simuler son équivalent quantique.
En d'autres termes, les superordinateurs peuvent actuellement donner les mêmes résultats que des ordinateurs quantiques de 5 à 20 qubits,
mais à partir de 50 qubits cela devient physiquement impossible.
D’après Neven, des systèmes de 100 000 qubits révolutionneraient les industries des matériaux, de la chimie et des médicaments en rendant possibles
des modèles moléculaires extrêmement précis. Un système d'un million de qubits, dont les applications informatiques générales sont encore difficiles
à comprendre serait même concevable d’ici 10 ans.
En mars 2017, des chercheurs de l'Université du Maryland réussissent à implémenter sur un ordinateur quantique programmable
un algorithme de recherche développé 20 ans plus tôt en 1996 par les laboratoires Bell.
Ce travail ouvre la voie à des expérimentations plus ambitieuses comme le décryptage ;
En mai 2017, IBM dévoile des nouveaux systèmes équipés de 16 et 17 bits quantiques (qubits) de volume quantique
ce qui représente une importante progression par rapport aux systèmes de 5 qubits précédents.
À cette occasion IBM a confirmé son objectif de faire passer ses systèmes à 50 qubits ou plus dans les prochaines années.
IBM permet notamment aux chercheurs de tester leurs algorithmes sur ces nouveaux systèmes grâce à un service en ligne.
En juin 2017 : le 20 juin, Rigetti Quantum Computing Inc., ouvre son usine Fab-1,
pour produire des galettes de silicium ("wafers") destinées au calcul quantique
En juillet 2017 : le 4 juillet, à Bruxelles, est lancée la commercialisation de l’ATOS QLM (Quantum Learning Machine)
permettant pour 100 000 euros de simuler 30 qubits. Le QLM pourra être étendu à 40 qubits par ajout de modules plats empilables genre pizza box.
Leurs processeurs ne comportent pas plus de vingt cœurs, mais embarquent des centaines de gigaoctets de mémoire vive.
À Moscou est présenté le même mois le premier simulateur quantique de 51 qubits au monde par Mikhail Lukin
et quelques scientifiques russes et américains de l’Université Harvard sous sa direction.
Le simulateur quantique de Lukin n'est pas un ordinateur quantique universel
et le système n'est conçu que pour résoudre une équation spécifique qui modélise les interactions entre certains atomes.
En septembre 2017 : IBM réussit à simuler précisément la structure moléculaire de l'hydrure de béryllium (BeH2)
sur un ordinateur quantique. Ces travaux montrent l’utilité des ordinateurs quantiques pour déterminer
l'état de plus basse énergie (état non-excité) de molécules. Ces travaux pourraient à terme permettre de déterminer
par exemple la structure et la fonction des protéines beaucoup plus rapidement qu'aujourd'hui.
La chimie et la médecine devraient bénéficier grandement du développement des calculateurs quantiques.
En octobre 2017 : la société Intel annonce à son tour un circuit de calcul quantique à 17 qubits.
En novembre 2017 : IBM réussit à faire fonctionner un calculateur à 50 qubits pendant 90 microsecondes
atteignant le seuil théorique de la suprématie quantique.
En 2017 : la société D-Wave annonce la commercialisation d'un ordinateur quantique de 2000 qubits.
2018
En janvier 2018 : Intel dévoile à son tour lors du CES 2018 un calculateur à 49 qubits.
En mars 2018: Google dévoile Bristlecone, un processeur quantique de 72 qubits,
lors de la réunion annuelle de l'American Physical Society à Los Angeles.
En juillet 2018 : Atos dévoile une version de 41 Qubits de sa Atos Quantum Learning Machine.
2019
En janvier 2019 : IBM dévoile au CES le premier ordinateur quantique « compact » de 20 qubits dénommé IBM Q System One (en).
Il représente un cube de verre de 2,74 mètres de côté (un volume de 20 m3). À l'intérieur, outre des composants électroniques,
se trouvent une cuve d'hélium liquide et tout un équipement cryogénique qui doivent permettre aux qubits (quantum bits,
la forme prise par l'information dans les ordinateurs quantiques) de fonctionner dans les conditions qui lui sont propres,
soit une température proche du zéro absolu.
En octobre 2019 : Google annonce avoir atteint la suprématie quantique, en partenariat avec la Nasa et le Laboratoire national d’Oak Ridge (ORNL)
au moyen d'un ordinateur de 53 qubits appelé Sycamore.
Cette image est une photo du PDG de Google, Sundar Pichai, à côté de l'un des ordinateurs quantiques de Google .
2020
En mars 2020, la société Honeywell annonce des résultats prometteurs à partir d'ions d'yttrium.
En juin 2020 : Atos fournit le QLM-E, nouveau simulateur quantique 12 fois plus puissant que son précédent modèle.
En juillet 2020 : le remplacement de la notion de qubit par celle de volume quantique tenant compte du taux d'erreurs,
proposé par IBM et adopté par Honeywell est entériné.
En décembre 2020 : l'université des sciences et technologies de Chine revendique un nouveau record
dans la vitesse de calcul offerte par l'informatique quantique.
