Partie 1 : L'essor des ordinateurs quantiques

Chapitre 1 : La fin de l'ère du silicium
Chapitre 2 : La fin de l'ère numérique
Chapitre 3 : L'Ascension Quantique
Chapitre 4 : L'aube des ordinateurs quantiques
Chapitre 5 : Une concurrence féroce

Partie 2 : Ordinateurs quantiques et société

Chapitre 6 : L'origine de la vie
Chapitre 7 : Verdir la Terre
Chapitre 8 : Nourrir la Terre
Chapitre 9 : Fournir de l'énergie à la Terre

Partie 3 : Médecine quantique

Chapitre 10 Santé quantique
Chapitre 11 : Édition du génome et traitement du cancer
Chapitre 12 : Intelligence artificielle et ordinateurs quantiques
Chapitre 13 La vie éternelle

Partie 4 : Modélisation du monde et de l'univers

Chapitre 14 Le réchauffement climatique
Chapitre 15 : Le soleil dans une bouteille
Chapitre 16 : Simulation spatiale
Chapitre 17 : La vie quotidienne en 2050

Épilogue : L'énigme quantique

Remerciements
Note du traducteur
Huzhou
Pour en savoir plus
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« Une nouvelle ère de révolution approche. »
La puissance et le potentiel des ordinateurs quantiques qui promettent l'avenir
« Univers parallèles » et « L’avenir de l’esprit » : la vision de l’ère quantique selon Michio Kaku

Des nouvelles concernant les ordinateurs quantiques paraissent presque quotidiennement.
Cela signifie que la concurrence pour les investissements et le développement est féroce.
La Corée du Sud a également annoncé qu'elle investirait 3 000 milliards de wons dans des partenariats public-privé pour promouvoir la science et la technologie quantiques d'ici 2035.
Que sont les ordinateurs quantiques et en quoi sont-ils plus performants que les ordinateurs numériques actuels sur lesquels les géants de la tech comme Google, Microsoft, IBM et Intel, ainsi que les instituts de recherche nationaux, concentrent leurs efforts ? Qu’est-ce qui rend les ordinateurs quantiques si puissants ? Comprendre le terme « ordinateur quantique » est complexe car les mots « quantique » et « ordinateur » sont eux-mêmes des concepts loin d’être simples.
Même si les physiciens affirment que « tout est quantique » et que notre vie quotidienne dans la civilisation moderne ne peut fonctionner sans ordinateurs, il n'est pas facile d'expliquer les concepts, les principes et l'histoire du « quantique » et des « ordinateurs ».
Mais est-il possible d'expliquer en termes simples le concept et le potentiel d'un « ordinateur quantique » qui combine les deux ?

« Traduire des concepts scientifiques complexes dans un langage compréhensible par le grand public est un art. »
Comme l'indique Kirkus Review, « Kaku, professeur de physique à l'Université de la Ville de New York, est l'un des meilleurs experts en la matière ». Michio Kaku est un physicien théoricien de renommée mondiale et un vulgarisateur scientifique qui explique des concepts scientifiques complexes de manière simple et intéressante dans diverses émissions de télévision.
Il est également l'auteur de best-sellers tels que Hyperspace, Parallel Universes et The One Equation, qui rendent le monde difficile de la physique théorique amusant et palpitant, ainsi que Nothing is Impossible, Physics of the Future, The Future of the Mind et The Future of Humanity, qui prédisent l'avenir sur la base de faits scientifiques.
Le sujet du nouveau livre du Dr Kaku est celui des « ordinateurs quantiques ».
« L'avenir des ordinateurs quantiques » décrit avec force détails la puissance et le potentiel des ordinateurs quantiques, qui feront progresser la civilisation humaine, dans un style clair et concis, depuis les concepts fondamentaux des ordinateurs quantiques, leur histoire et leurs différents types, la concurrence féroce qui entoure leur développement, les percées nécessaires à la transition vers l'ère quantique, et enfin, le futur fantastique qui se dessinera.
Grâce aux explications et analogies simples mais précises qui caractérisent l'auteur, les lecteurs acquerront une compréhension approfondie des principes fondamentaux de la mécanique et de l'informatique quantiques, ainsi que des recherches actuellement menées dans divers domaines scientifiques étroitement liés à la vie humaine, tels que la physique, la biologie et la médecine, et de la manière dont les ordinateurs quantiques peuvent y contribuer.


L'ordinateur ultime arrive !
Le seul livre pour comprendre les ordinateurs quantiques

Dans cet ouvrage, Michio Kaku énumère les quatre domaines suivants dans lesquels les ordinateurs quantiques peuvent surpasser les ordinateurs numériques classiques.
1) Capacité de recherche.
L'auteur affirme que le principal avantage des ordinateurs quantiques est de « trouver une aiguille dans une botte de foin ».
Les ordinateurs quantiques peuvent extraire des informations clés à partir de données vastes et complexes afin d'en tirer des conclusions importantes.
2) Optimisation.
Les ordinateurs quantiques excellent dans le calcul de nombreuses variables afin de maximiser ou de minimiser des éléments spécifiques de l'industrie, tels que les déchets, l'efficacité opérationnelle, les revenus et les coûts, et les processus de fabrication.
3) Simulation.
Les expériences complexes ou chronophages, telles que les prévisions météorologiques ou le développement de nouveaux médicaments, peuvent être remplacées par des expériences virtuelles utilisant des ordinateurs quantiques.
Pour simuler la formation d'une molécule simple comme la caféine à l'aide d'un ordinateur numérique classique, il faudrait 10^48 bits d'information, soit environ 10 % du nombre total d'atomes qui composent la Terre.
C'est un nombre impossible à atteindre même pour le meilleur ordinateur numérique, mais c'est un jeu d'enfant pour un ordinateur quantique.
4) Intégration avec l'intelligence artificielle.
Lorsqu'on aborde les technologies du futur, l'intelligence artificielle est un sujet récurrent. Cependant, malgré les fondements théoriques établis dans ce domaine, les progrès stagnent en raison des limitations des ordinateurs.
En particulier, l'intelligence artificielle a la capacité d'évoluer grâce à ses erreurs, mais sa capacité de calcul est quelque peu limitée, et les ordinateurs quantiques ont de puissantes capacités de calcul, mais ils n'ont pas la capacité d'apprendre de leurs erreurs ; ils peuvent donc se compléter mutuellement.


La principale différence entre les ordinateurs quantiques et les ordinateurs numériques réside dans l'unité de calcul de base.
Alors que l'unité de base d'un ordinateur numérique est un « bit » binaire qui vaut soit 0, soit 1, un ordinateur quantique utilise un « qubit » comme unité de base, capable de gérer simultanément 0 et 1 grâce au concept de « superposition » en mécanique quantique.
C’est précisément pourquoi les ordinateurs quantiques présentent de telles capacités de calcul.
Outre la superposition, l'auteur explique les propriétés étranges de la théorie quantique qui rendent possibles les ordinateurs quantiques, telles que l'intrication, la sommation sur les chemins et l'effet tunnel, en utilisant des anecdotes de scientifiques célèbres comme Einstein, Alan Turing, Richard Feynman, Max Planck et Erwin Schrödinger, ainsi que des analogies faciles à comprendre comme un train miniature avec une boussole, un rat dans un labyrinthe et une entremetteuse qui réunit les couples.
Si vous suivez le récit du Dr Kaku sans hésiter, vous pourrez élargir votre compréhension des ordinateurs quantiques, incluant non seulement la « mécanique quantique » et l'« informatique », mais aussi ce qu'est un « ordinateur quantique » et quel est le principal obstacle au développement des ordinateurs quantiques (les atomes qui composent un qubit doivent être agencés de manière à vibrer simultanément dans le même mode, mais la moindre impureté ou perturbation externe suffit à rompre l'état de cohérence).


Des grandes entreprises technologiques aux startups
Une concurrence féroce : les différents types d’ordinateurs quantiques

Quels sont donc les différents types d'ordinateurs quantiques, et quels sont les avantages et les inconvénients de chaque conception ? L'auteur affirme : « Tout système qui traite l'information par superposition et intrication des états 0 et 1 peut être considéré comme un ordinateur quantique. »
En conséquence, la conception de base des ordinateurs quantiques est également développée de diverses manières, et la Corée a également attiré l'attention mondiale en développant le premier qubit au monde utilisant le « spin de l'électron » grâce à une recherche conjointe en octobre 2023.
Voici un bref aperçu des types d'ordinateurs quantiques présentés dans ce livre.

1) Ordinateur quantique supraconducteur : On peut dire qu'il s'agit de la norme actuelle pour les ordinateurs quantiques.
Sycamore de Google et Eagle et Osprey d'IBM en sont des exemples. IBM a également dévoilé Condor, un ordinateur quantique de 1 121 qubits, début décembre 2023.
L'avantage est qu'elle peut utiliser une technologie (circuits intégrés) déjà développée dans l'industrie informatique numérique, mais le problème est qu'il est très difficile de maintenir un état supraconducteur pour effectuer des calculs quantiques.

2) Ordinateur quantique à piège ionique : Il s'agit d'un ordinateur quantique développé par plusieurs entreprises, dont IonQ et Honeywell.
Si vous retirez quelques électrons à un atome électriquement neutre, vous obtenez un ion chargé positivement (cation), qui peut être piégé dans un piège créé par des champs électriques et magnétiques.
Ces ions piégés vibrent dans le même mode que les qubits dans un état cohérent, et lorsqu'ils sont irradiés par des micro-ondes ou des lasers, leurs spins s'inversent, changeant l'état de l'atome.
Contrairement aux ordinateurs quantiques supraconducteurs, le temps de cohérence est long et il fonctionne normalement même à des températures non extrêmement basses, mais il existe la difficulté de devoir ajuster finement les champs électriques et magnétiques lors de l'ajout de qubits.


3) Ordinateur quantique optique : Il s’agit d’un ordinateur quantique qui utilise des faisceaux laser au lieu d’électrons. L’ordinateur quantique « Jiujiang » de l’Université des sciences et technologies de Chine et celui de la société canadienne d’informatique quantique « Xanadu » sont des exemples célèbres.
Les ordinateurs quantiques optiques exploitent la propriété de la lumière à vibrer dans plusieurs directions (polarisation).
Les photons, dépourvus de charge électrique, sont moins sensibles à leur environnement que les électrons et peuvent fonctionner à température ambiante. Cependant, plus le système se complexifie, plus la création de qubits devient difficile et plus le réarrangement des composants est long.


4) Ordinateur quantique photonique en silicium : Un ordinateur quantique actuellement en développement par la start-up américaine PsiQuantum, qui utilise les propriétés duales du silicium, un semi-conducteur.
Le silicium peut être transformé en transistors pour contrôler le flux d'électrons et, comme il n'interagit pas avec certains rayons infrarouges, il peut être utilisé comme milieu de transmission de la lumière.
Cette double propriété peut être exploitée pour créer un état intriqué entre plusieurs photons.
PsiQuantum, dont la valorisation a grimpé à 3,1 milliards de dollars en peu de temps, a déclaré qu'elle construirait un ordinateur quantique pratique d'un million de qubits d'ici le milieu du siècle.

5) Ordinateur quantique topologique : De même qu'une forme de beignet est maintenue à moins d'être brisée artificiellement, un ordinateur quantique peut fonctionner de manière stable à température ambiante tant que certaines conditions topologiques spéciales sont maintenues.
Les physiciens cherchent depuis longtemps à trouver des systèmes physiques dans lesquels la phase est préservée quelle que soit la température.
En 2018, l'université de technologie de Delft, aux Pays-Bas, a annoncé la découverte d'un matériau possédant ces propriétés, mais a par la suite retiré l'article après un examen approfondi.
Cependant, étant donné que d'autres substances font également l'objet d'études approfondies, il faut dire que cette possibilité reste ouverte.


6) Ordinateur quantique D-Wave : Il s'agit d'un ordinateur quantique de D-Wave Systems, une entreprise dont le siège social est au Canada.
Les données sont optimisées en contrôlant les champs électriques et magnétiques jusqu'à ce que le courant circulant dans le supraconducteur atteigne son état d'énergie le plus bas.
Grâce à ses performances exceptionnelles dans les problèmes d'« optimisation », ses principaux clients sont Lockheed Martin, Volkswagen, le Laboratoire national de Los Alamos et la NASA.

Changement climatique, problèmes alimentaires et énergétiques, maladies incurables, vieillissement de la population, etc.
Les ordinateurs quantiques contribueront à résoudre d'importants problèmes pour l'humanité.

La puissance des microprocesseurs, qui a connu son apogée au cours des dernières décennies grâce à la loi de Moore, selon laquelle les performances des ordinateurs doublent tous les 18 mois, s'affaiblit progressivement.
Les performances d'un ordinateur sont approximativement proportionnelles au nombre de transistors sur une puce. Cependant, si l'espacement entre les transistors est réduit pour en intégrer davantage dans une même surface, les électrons, dont la position est incertaine en raison du principe d'incertitude d'Heisenberg, peuvent provoquer des courts-circuits ou générer une chaleur excessive.
Autrement dit, il est inévitable qu'un jour la loi de Moore ne s'applique plus aux ordinateurs numériques.
L'auteur affirme que nous serons « les témoins vivants de la fin de l'ère du silicium ».
L'ordinateur quantique, un outil puissant qui remplacera l'ordinateur numérique en déclin, contribuera de manière décisive à la résolution des grands problèmes auxquels l'humanité est confrontée, tels que la prévention du réchauffement climatique, la résolution des problèmes alimentaires et énergétiques et la recherche de remèdes aux maladies incurables, en exploitant pleinement les propriétés quantiques des atomes.
L'auteur estime que les ordinateurs quantiques, avec leur immense puissance de calcul capable de simuler l'univers entier, sont les ordinateurs de nouvelle génération qui révolutionneront nos vies et, de plus, joueront un rôle important dans la découverte des secrets de la vie et de l'univers.
Le fait que les grandes entreprises technologiques mondiales, les jeunes pousses et les gouvernements du monde entier investissent des sommes énormes dans les ordinateurs quantiques s'explique par l'immense puissance et le potentiel de ces derniers.
D'après cet ouvrage, les ordinateurs quantiques pourraient révolutionner le recyclage du carbone en transformant le dioxyde de carbone, principal responsable du réchauffement climatique, en substances à haute valeur ajoutée, ou encore permettre la photosynthèse artificielle (chapitre 7). Ils pourraient également résoudre le problème de l'alimentation grâce à une seconde révolution verte, en élucidant le processus biologique de production des engrais (chapitre 8).
Elle contribuera également de manière cruciale à faire progresser la révolution des super batteries en réalisant efficacement et rapidement des millions d'expériences (Chapitre 9).
De plus, on s'attend à ce qu'en dévoilant les secrets du « repliement des protéines », qui est notoirement difficile, il joue un rôle clé dans le développement de traitements pour des maladies incurables telles que la maladie d'Alzheimer, la maladie des motoneurones et la maladie de Parkinson (chapitres 10 à 13).
Elle peut également être d'une grande aide pour prévenir le réchauffement climatique en prévoyant la météo et en développant des sources d'énergie alternatives pour réduire la dépendance aux combustibles fossiles (chapitre 14), et elle est également une candidate sérieuse pour la réalisation de la production d'énergie par fusion nucléaire, qui peut produire de l'énergie propre indéfiniment sans déchets radioactifs (chapitre 15).
Après avoir exploré comment les ordinateurs quantiques peuvent être utilisés pour construire une « théorie du tout » qui va au-delà du modèle standard (chapitre 16), l'auteur tisse ensemble tous les éléments abordés jusqu'ici pour dépeindre de manière vivante et divertissante l'avenir de la science et de la technologie quantiques et notre vie quotidienne en 2050 dans un format novateur (chapitre 17).


Bien que Kaku mette en garde contre les dangers associés aux ordinateurs quantiques, tels que leur potentiel à saper les systèmes cryptographiques actuels, il conserve une vision optimiste et positive de l'avenir, affirmant qu'il ne s'agit que d'un « effet secondaire parmi d'autres de la science et de la technologie ».
À la lecture de ce livre, on ne peut s'empêcher de partager les souhaits du vieux scientifique qui espère sincèrement que la technologie sera utilisée au profit de l'humanité.
Dans une interview accordée au Guardian après sa publication, il a déclaré :
« L’objectif de la rédaction d’un livre destiné au grand public est de permettre aux gens d’être correctement informés sur l’avenir de la technologie et de prendre des décisions rationnelles et judicieuses. »
Lorsque la technologie devient si complexe que le commun des mortels ne peut la comprendre, des personnes dépourvues de toute éthique en décideront l'orientation, ce qui constitue un grave problème. Même à près de quatre-vingts ans, « L'avenir des ordinateurs quantiques » de Michio Kaku témoigne encore d'une passion, d'une curiosité et d'un optimisme communicatifs, et guidera les lecteurs vers l'ère quantique rendue possible par la science et la technologie quantiques.


Avec un style clair et une pensée limpide, il éveille chez le lecteur la conscience des tournants technologiques importants.
_Le New York Times

Un ouvrage bien écrit et accessible qui offre aux lecteurs un aperçu complet de l'informatique quantique, de ses principes fondamentaux et de son potentiel.
_Science

Un livre instructif et divertissant qui explique l'incroyable potentiel de l'informatique quantique.
Comme toujours, l'enthousiasme de Kaku est contagieux.
_Revue Kirkus

Un aperçu fascinant et exhaustif des promesses, de la puissance et des possibilités de l'informatique quantique.
Il stimulera l'imagination des lecteurs intéressés par la combinaison de l'informatique et de la mécanique quantique.
Liste de livres