Théorie de l'information quantique

Patrick Juignet, Philosciences.com, 2010.

C'est la théorie qui permet l’utilisation des spéciﬁcités de la physique quantique pour le traitement et la transmission de signaux correspondant à des valeur numériques (information au sens informatique).

La possibilité en a été ouverte début des année 1980, par la possibilité technique de manipuler et d’observer des objets quantiques individuels : photons, atomes, ions etc., (et pas seulement d’agir sur le comportement quantique collectif d’un grand nombre de tels objets).

Le bit de l’informatique classique prend les valeurs 0 ou 1. Le bit quantique, ou qubit, pourra non seulement prendre les valeurs 0 et 1, mais aussi, toutes les valeurs intermédiaires. Cela est dû à une propriété fondamentale des états quantiques : on peut fabriquer des superpositions linéaires de ces états, en superposant linéairement un état où le qu-bit a la valeur 0 et un état où il a la valeur 1.

La seconde propriété à la base de l’informatique quantique est l’intrication : en mécanique quantique, il peut arriver que deux objets distincts et éloignés l’un de l’autre, constituent une entité unique.(car une modification de l'un affecte instantanément le second).

La combinaison de ces deux propriétés, superposition linéaire et intrication, est au cœur du parallélisme quantique, la possibilité d’effectuer en parallèle un grand nombre d’opérations. Cependant, le parallélisme quantique diffèrent fondamentalement du parallélisme classique : alors que dans un ordinateur classique on peut toujours savoir (au moins en théorie) quel est l’état interne de l’ordinateur, une telle connaissance est par principe exclue dans un ordinateur quantique.

Le parallélisme quantique demande le développement d’algorithmes entièrement nouveaux. Le nombre d’algorithmes existant est pour l’instant très limité. La seconde limite est que l’on ne sait pas s’il sera possible de construire un jour des ordinateurs quantiques de taille sufﬁsante. On ne sait pas à l’heure actuelle (2010) manipuler quelques qu-bits (sept au maximum)

L’ennemi de l’ordinateur quantique est la décohérence, l’interaction du support (photon, ion) des qu-bits avec l’environnement qui brouille les délicates superpositions linéaires. Cette décohérence introduit des erreurs, et idéalement, il faudrait que l’ordinateur quantique soit parfaitement isolé de son environnement.