Incursion dans les sciences et technologies quantiques

Les premières découvertes scientifiques en physique quantique ont transformé notre compréhension de l’univers. Lorsqu’elles seront prêtes à être appliquées concrètement, les technologies quantiques actuelles vont donner lieu à une révolution.

À la fin du 19e siècle, la physique classique ne pouvait plus expliquer certains phénomènes observés à l’échelle microscopique. La crise des corps noirs a conduit Max Planck, en 1900, à affirmer que l’énergie soit quantifiée, une hypothèse qui a marqué le début de la physique quantique. En 1905, Albert Einstein a expliqué l’effet photoélectrique en introduisant le concept de photons, ce qui lui a valu le prix Nobel de physique en 1921.

Les années 1920 et 1930 ont été marquées par des contributions majeures, notamment celles de Niels Bohr, Werner Heisenberg, et Erwin Schrödinger, qui ont développé des modèles et des équations décrivant le comportement des particules subatomiques. Paul Dirac a enrichi cette nouvelle théorie avec ses travaux sur l’électron relativiste, prédisant l’existence de l’antimatière.

Première révolution : la mécanique quantique

La première révolution quantique a permis de fabriquer des outils. « Il y a eu les transistors pour le téléphone, puis l’ordinateur. Ceux-ci permettent d’entreposer l’information et de la traiter. C’est ce qu’on appelle la mécanique quantique. Ensuite, il y a eu les lasers, l’horloge atomique utilisée dans les GPS, par exemple », explique Ghislain Lefebvre, responsable de l’AlgoLab quantique et du développement des partenariats à l’Institut quantique de l’Université de Sherbrooke.

Dans les années 1980, Richard Feynman a suggéré que les ordinateurs quantiques pourraient simuler des systèmes physiques complexes mieux que les ordinateurs classiques. David Deutsch a ensuite formalisé les bases théoriques de l’informatique quantique. En 1994, Peter Shor a élaboré un algorithme quantique capable de factoriser des nombres entiers de manière exponentiellement plus rapide que les algorithmes classiques, démontrant le potentiel des ordinateurs quantiques.

Un avenir prometteur

Les ordinateurs quantiques, encore en conception, promettent de révolutionner de nombreux domaines. Le développement des processeurs quantiques capables de réaliser des calculs complexes plus rapidement permettra de simuler des molécules complexes, facilitant la découverte de nouveaux matériaux et médicaments.

La cryptographie quantique assure des communications sécurisées inviolables par les techniques classiques. Des réseaux de communication quantiques sont en cours de déploiement en Chine et en Europe, assurant des transmissions de données ultrasécurisées.

Les capteurs quantiques offrent des mesures ultraprécises dans des domaines tels que la navigation et la détection environnementale.

Des entreprises comme Volkswagen et Goldman Sachs explorent l’utilisation de l’informatique quantique pour optimiser les routes de livraison et les portefeuilles financiers, démontrant ainsi le potentiel d’accélération et de précision des algorithmes quantiques.

Une main-d’œuvre spécialisée

Pour concevoir le hardware, c’est-à-dire le matériel informatique utilisé dans les ordinateurs quantiques, il faut des connaissances dans plusieurs domaines. C’est la raison pour laquelle l’Université de Sherbrooke offre un baccalauréat en sciences de l’information quantique. « Nous sommes dans les premiers au monde à offrir cette formation. Elle rallie l’informatique, les mathématiques et la physique », explique Ghislain Lefebvre.

Si les promesses d’applications de la physique quantique sont nombreuses, la technologie n’est pas encore mature. « Nous sommes dans les années 1970 des ordinateurs quantiques. Il n’y a pas de logiciels élaborés. Et pour le matériel, nous sommes encore moins avancés! Les ordinateurs quantiques qui seront utilisés pour les applications prometteuses n’existent pas encore », ajoute-t-il.

Des défis de taille pour avancer

Les défis sont nombreux pour faire avancer la technologie quantique. « On a besoin d’ingénieurs pour développer le matériel et de designers pour les applications utiles afin d’amener à exploiter le potentiel des technologies quantiques », mentionne Ghislain Lefebvre. Il croit que la collaboration entre les disciplines reste essentielle pour l’évolution des technologies quantiques.

Bon à savoir

Dès l’automne, les membres de Genium360 auront la possibilité d’en apprendre davantage sur le sujet. En effet, en novembre une conférence portera sur les applications technologiques actuelles et futures des sciences quantiques. De plus, en partenariat avec L’Institut quantique (IQ) de l’Université de Sherbrooke, Genium360 offrira une série de trois formations pour les membres qui désirent s’initier à l’informatique quantique.

8 octobre – Introduction à l’informatique quantique. 3 heures. En ligne.

22 octobre – Optimisation quantique avec Qiskit. 3 heures. En ligne.

5 novembre – Apprentissage automatique quantique avec Qiskit. 3 heures. En ligne.