« Un ouvrage révolutionnaire écrit par l'un des jeunes développeurs d'ordinateurs quantiques les plus brillants. »
« Cela illustre l’essence même des ordinateurs quantiques ! »

Première téléportation quantique au monde réalisée, un maître du calcul quantique optique.
Le professeur Akira Furusawa de l'Université de Tokyo

« Le professeur Shuntaro Takeda, auteur de ce livre, est un physicien quantique de la lumière à l'Université de Tokyo. »
Nous menons des recherches sur les ordinateurs quantiques basés sur l'optique quantique.
L'auteur commence cet ouvrage par expliquer les principes de la physique quantique.
« Nous présentons les idées fausses qui entourent les ordinateurs quantiques et les problèmes qu'ils peuvent résoudre, et enfin, nous montrons comment construire un véritable ordinateur quantique. »

Professeur Kim Jae-wan, vice-président de l'École supérieure des sciences avancées

Ordinateurs quantiques : que sont-ils exactement ? Existent-ils même ?

Ordinateur quantique.
Je n'en suis pas certain, mais il semble s'agir d'une machine dotée de capacités incroyables qui pourrait potentiellement libérer des pouvoirs inimaginables.
C’est d’autant plus vrai que son nom, « quantique », est tellement déroutant, peu importe le nombre de fois qu’on l’entend.
Ainsi, certaines personnes perçoivent les ordinateurs quantiques comme une sorte d'outil secret futuriste et polyvalent qui n'existe que dans les films ou les romans de science-fiction, mais ce sont des machines réelles, qui existent déjà.

IBM a commencé à vendre des ordinateurs quantiques en janvier 2019, et toute personne lisant ceci peut même en essayer un gratuitement sur le site web d'IBM.
Google a également fait sensation en octobre 2019 en annonçant que « notre ordinateur quantique a résolu en seulement 200 secondes un problème qui prendrait même au supercalculateur le plus avancé 10 000 ans à résoudre ».


Quand on entend des histoires comme celle-ci, on pourrait penser : « Cette machine incroyable existe vraiment ! Désormais, des choses inimaginables vont se produire ! »
Mais cette idée n'est pas correcte non plus.
Pas encore, en tout cas.
Les ordinateurs quantiques actuels ne sont que des versions miniatures des véritables ordinateurs quantiques qui seront un jour disponibles.


Cependant, en raison de leur énorme potentiel, les ordinateurs quantiques suscitent un vif intérêt dans le monde entier.
Des pays comme l'Europe, les États-Unis et la Chine investissent des efforts considérables dans le développement des ordinateurs quantiques, allant même jusqu'à établir des politiques nationales, et de grandes entreprises informatiques comme Google, IBM, Intel et Microsoft développent indépendamment des ordinateurs quantiques.
De nombreuses personnes nourrissent également de grandes attentes concernant les ordinateurs quantiques, et les médias publient à profusion des articles à leur sujet.


Le problème, c'est que la réalité des ordinateurs quantiques est encore mal connue, et qu'il existe beaucoup d'informations superficielles ou erronées.
Si nous comprenons la véritable nature des ordinateurs quantiques, nous pouvons constater à quel point il est trompeur de penser que les ordinateurs quantiques peuvent résoudre n'importe quel problème, sont inconditionnellement rapides dans les calculs et seront réalisés tôt ou tard.


Dans son ouvrage « L'histoire des ordinateurs quantiques pour les débutants », le professeur Shuntaro Takeda, jeune développeur d'ordinateurs quantiques à l'université de Tokyo, explique de manière simple ce que sont les ordinateurs quantiques, comment ils fonctionnent et pourquoi ils sont rapides, tout en s'efforçant de dissiper les idées fausses qui entourent les ordinateurs quantiques et leur véritable potentiel.
Nous souhaitons également transformer les attentes « infondées » du public concernant les ordinateurs quantiques en attentes « bien fondées ».


Et tout en présentant le site de développement des ordinateurs quantiques, il montre de manière très concrète à quoi ressemble un véritable ordinateur quantique.
Pour présenter fidèlement les faits concernant les ordinateurs quantiques, l'auteur introduit également des informations négatives que l'on trouve rarement dans les médias.
Grâce aux explications de l'auteur, les lecteurs pourront facilement comprendre l'essence des ordinateurs quantiques.

Pourquoi tant de pays sont-ils si désireux de construire des ordinateurs quantiques ? Parce que les ordinateurs quantiques ont le potentiel de révolutionner le monde.
Les améliorations de performance des ordinateurs quantiques ne signifient pas que les performances des smartphones ou des ordinateurs personnels s'amélioreront.
Cependant, étant donné que la plupart des services et produits qui nous entourent aujourd'hui dépendent des performances informatiques, la qualité de ces services et produits pourrait s'améliorer considérablement à mesure que les performances des ordinateurs quantiques progresseront.

Par exemple, le développement des moteurs automobiles et la conception de la forme du fuselage des avions ne peuvent être réalisés sans ordinateurs.
L'informatique est également essentielle au développement des médicaments thérapeutiques.
En effet, les nouveaux candidats médicaments sont développés en calculant leurs effets et effets secondaires à l'aide d'un ordinateur.
Les prévisions météorologiques quotidiennes sont calculées par ordinateur en fonction des flux atmosphériques.
De plus, nous recevons constamment l'aide des ordinateurs, par exemple lorsque vous ouvrez YouTube, des vidéos recommandées s'affichent, ou lorsqu'un robot de nettoyage trouve le chemin optimal pour nettoyer tout en évitant les obstacles.
Par conséquent, à mesure que les performances des ordinateurs s'améliorent, la qualité des différents services et produits dont nous avons bénéficié jusqu'à présent s'améliorera également, enrichissant considérablement le monde.
L'accès à des ordinateurs à haute performance permettra de faire progresser la science et la technologie, de stimuler la croissance des entreprises et de contribuer à la croissance et à la sécurité économiques nationales.
Par conséquent, tant au niveau national qu'au niveau des entreprises, il est absolument nécessaire d'être les premiers à construire un ordinateur quantique.
--- p.22~23

Les exemples cités jusqu'ici ne représentent qu'une infime partie de l'avenir que nous réservent les ordinateurs quantiques.
Lorsque les ordinateurs modernes sont apparus, personne n'aurait pu imaginer qu'ils changeraient nos vies à ce point.
Lorsque les ordinateurs quantiques deviendront une réalité, des usages et des services sans précédent verront le jour, et le monde deviendra encore plus riche qu'il ne l'est aujourd'hui.

À ce stade, les ordinateurs quantiques ne sont pas encore utilisables.
Il faudra encore beaucoup de temps et d'argent avant que des ordinateurs quantiques pratiques ne fassent leur apparition.
Cependant, les avantages d'un ordinateur quantique achevé ont déjà été prouvés théoriquement, et leur impact est inimaginable.
Par conséquent, je crois que la recherche sur les ordinateurs quantiques mérite le temps et les dépenses qu'elle implique.
--- p.47, 49

J'ai brièvement expliqué les règles de calcul des ordinateurs quantiques. En quoi les calculs des ordinateurs quantiques diffèrent-ils de ceux des ordinateurs modernes ? Comme expliqué jusqu'ici, les ordinateurs modernes représentent l'information sous forme de bits 0 et 1 et effectuent des calculs en convertissant ces bits à l'aide d'opérations logiques.
Les ordinateurs quantiques représentent l'information sous forme de superposition de bits quantiques et effectuent des calculs en modifiant la méthode de superposition grâce à des opérations de logique quantique.
À première vue, on pourrait penser que l'utilisation de la superposition ne modifie que légèrement le principe de calcul, mais si l'on considère les calculs spécifiques, la qualité des calculs est complètement différente.
--- p.115

Ainsi, les ordinateurs quantiques doivent être considérés non pas comme de simples dispositifs de calcul parallèle, mais comme des « dispositifs de calcul à base d'ondes » qui obtiennent des réponses en manipulant de nombreuses ondes.
Il est facile de considérer les ordinateurs quantiques comme de simples ordinateurs modernes auxquels on a ajouté des propriétés quantiques, mais la qualité des informations qu'ils traitent et des calculs qu'ils effectuent est complètement différente.
--- p.118~119

Si un ordinateur quantique peut calculer quatre motifs simultanément, il pourrait sembler que l'addition soit quatre fois plus rapide que sur un ordinateur classique, qui ne peut calculer qu'un motif à la fois.
Mais en réalité, ce n'est pas le cas.
La raison en est qu'il n'existe aucun moyen de récupérer tous les résultats des calculs imbriqués.
Comme expliqué précédemment, les bits quantiques ont la propriété que, lorsqu'ils sont mesurés, la superposition est brisée et ils sont déterminés comme étant l'un des deux.
Si vous effectuez le calcul final sans réfléchir, vous sélectionnerez au hasard un seul résultat parmi les quatre calculs possibles.
Dans ce cas, il serait préférable d'effectuer l'addition à l'aide d'un ordinateur classique.
La capacité des ordinateurs quantiques à effectuer des calculs de superposition et des calculs parallèles constitue une différence cruciale par rapport aux ordinateurs modernes.
Cependant, comme nous ne pouvons pas obtenir le résultat complet du calcul parallèle et qu'un seul résultat peut être obtenu à la fin, le calcul ne devient pas plus rapide avec le seul calcul parallèle.
Pour tirer pleinement parti des résultats du calcul parallèle, il est nécessaire d'exploiter au mieux l'interférence entre les ondes lors du calcul, en manipulant l'ensemble des ondes.
Ce n'est qu'en exploitant pleinement la superposition et l'interférence que les ordinateurs quantiques pourront véritablement démontrer leurs capacités et réaliser des calculs plus rapides.
--- p.119, 121

S’il est tentant d’espérer que les ordinateurs quantiques seront les sauveurs qui résoudront les problèmes difficiles, il y a toutefois une mise en garde.
Le fait est que les ordinateurs quantiques ne peuvent pas résoudre tous les problèmes rapidement.
De plus, la théorie générale des types de problèmes pouvant être résolus par un ordinateur quantique en termes de nombre de calculs n'a pas encore été révélée.
Jusqu'à présent, les chercheurs n'ont découvert, au prix d'efforts inlassables, que quelques problèmes pouvant être rapidement résolus par les ordinateurs quantiques.
Dans la plupart des autres problèmes, nous ne savons pas comment tirer parti des propriétés « quantiques », il n'y a donc aucune différence dans le nombre de calculs entre les ordinateurs modernes et les ordinateurs quantiques.
Ces problèmes peuvent être résolus avec des ordinateurs modernes sans nécessairement avoir besoin d'un ordinateur quantique.
Par conséquent, les ordinateurs quantiques ressemblent davantage à des superordinateurs utilisés uniquement à des fins spécialisées et limitées qu'à des ordinateurs courants.
De plus, de nombreux problèmes restent difficiles à résoudre, même avec des ordinateurs quantiques.
Par conséquent, les ordinateurs quantiques ne sont pas les ordinateurs universels que beaucoup de gens attendent.
--- p.138~139

Pour construire un ordinateur quantique, chaque particule quantique, comme un électron, un atome ou un photon, doit être parfaitement protégée de toute interférence et contrôlée avec une extrême précision.
C'est frustrant qu'il n'existe pas de normes de qualité établies.
Nous devons rechercher la perfection en répétant le processus de recherche et d'élimination des causes qui interfèrent avec ou perturbent le processus quantique.
Les développeurs d'ordinateurs quantiques travaillent sans relâche chaque jour.
J'espère que cela vous donne une idée de la difficulté de développer un ordinateur quantique.
--- p.173~174

La recherche et le développement des ordinateurs quantiques s'apparentent à l'ascension d'un sentier de montagne escarpé dont on ne fait que commencer.
On ignore combien d'années il faudra encore pour mettre au point un ordinateur quantique à hautes performances capable de transformer nos vies.
Cependant, les ordinateurs quantiques, considérés comme un rêve il y a 20 à 30 ans, commencent aujourd'hui à prendre forme grâce à l'accumulation technologique.
Dans les décennies à venir, les progrès dépasseront sans aucun doute les attentes.
De nombreuses preuves attestent que les ordinateurs quantiques sont réalisables s'ils résolvent chaque problème dans une certaine mesure, et s'ils voient le jour, ils auront sans aucun doute le pouvoir de changer radicalement nos vies.
Vous pouvez construire vous-même ces appareils futuristes passionnants.
Je crois que pouvoir continuer à poursuivre de tels rêves et espoirs est la véritable joie de la recherche.

--- p.233