Histoire du matériel informatique

Calculateur quantique
Un calculateur quantique ou ordinateur quantique utilise les propriétés quantiques de la matière, telle que la superposition et l'intrication afin d'effectuer des opérations sur des données. À la différence d'un ordinateur classique basé sur des transistors travaillant sur des données binaires (codées sur des bits, valant 0 ou 1), le calculateur quantique travaille sur des qubits dont l'état quantique peut posséder une infinité de valeurs.
Toutefois, cette infinité n'est utilisable qu'en fonction, d'une part, de la précision de la mesure et, d'autre part, de son taux d'erreurs, ce qui a conduit IBM à ramener le nombre brut de qubits à ce qui en est utilisable avec précision, nommée le volume quantique (proposition faite en 2020).
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

Réalisation
De petits calculateurs quantiques ont été construits à partir des années 1990. Jusqu'en 2008, la difficulté majeure concernait la réalisation physique de l'élément de base : le qubit. Le phénomène de décohérence (perte des effets quantiques en passant à l'échelle macroscopique) freine le développement des calculateurs quantiques. Le premier processeur quantique a été créé en 2009 à l'université Yale : il comporte deux qubits composés chacun d'un milliard d'atomes d'aluminium posés sur un support supraconducteur.
Ce domaine est soutenu financièrement par plusieurs organisations, entreprises ou gouvernements en raison de l'importance de l'enjeu : au moins un algorithme conçu pour utiliser un circuit quantique, l'algorithme de Shor, rendrait possible de nombreux calculs combinatoires hors de portée d'un ordinateur classique en l'état actuel des connaissances.

Quelques repères

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 ;

le 19 décembre 2001, IBM crée un calculateur quantique de 7 qubits et factorise le nombre 1535 grâce 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 ;

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 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 ;

en 2010, une équipe de l’université de Bristol crée un processeur quantique optique, en silicium, capable d’exécuter l’algorithme de Shor ;

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 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 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. Les chercheurs ont également développé une nouvelle conception de circuit de bit quantique qui pourrait être utilisé pour un plus grand nombre de qbits ;

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 ;

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

IBM annonce au deuxième trimestre 2016 sa mise à disposition de moyens de calcul quantique par Internet ;

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 juillet 2017, à Moscou, est présenté le premier simulateur quantique de 51 qubits au monde réalisé par quelques scientifiques russes et américains de l’Université Harvard sous la direction de Mikhail Lukin. 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 2017, les avancées chez Google, Intel et plusieurs autres groupes de recherche suggèrent que la réalisation d’ordinateurs quantiques à grand nombre de qbits 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 ;

octobre 2017 : la société Intel annonce à son tour un circuit de calcul quantique à 17 qubits ;

novembre 2017 : IBM réussit à faire fonctionner un calculateur à 50 qubits pendant 90 microsecondes atteignant le seuil théorique de la suprématie quantique. ;

janvier 2018 : Intel dévoile à son tour lors du CES 2018 un calculateur à 49 qubit ;

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 ;

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 ;

décembre 2020 : l'université des sciences et technologies de Chine revendique un nouveau record dans la vitesse de calcul offerte par l'informatique quantique.

Projets
De nombreux projets sont en cours à travers le monde (financés par les grands groupes de l'informatique tels que Google, IBM, Intel, Microsoft, ...) pour construire concrètement des qubits viables et les réunir dans un circuit. Ces recherches mettent en œuvre de la physique théorique pointue.