2025, année internationale des sciences et technologies quantiques
Centenaire de la mécanique quantique
La science et la technologie quantiques seront un domaine scientifique clé et transversal du 21ème siècle
Pourquoi une année internationale des sciences et technologies quantiques ?
Dans l’imaginaire collectif, le quantique est encore souvent perçu comme un mythe à peine sorti de la science-fiction. Sans doute la faute aux valeurs numériques démesurées qu’il véhicule, de l’infiniment grand à l’infiniment petit, à des vitesses de calcul astronomique, à des rapports de puissance faramineux.
Cette année internationale (IYQ : International Year of Quantum Science and Technology) est une initiative des Nations Unies. Elle vise tout à la fois sensibiliser à l’importance de la science et des applications quantiques et fêter le centenaire de la mécanique quantique.
Cette sensibilisation passe notamment par l’organisation d’activités pour accroître, à tous les niveaux, la visibilité et la connaissance des sciences et technologies quantiques.
La finalité de l’IYQ est aussi une reconnaissance internationale du potentiel de la science et des technologies quantiques pour stimuler les innovations dans différents domaines comme les communications mondiales ou encore le développement durable.
Grandes lignes du programme de l’année
Les sociétés, institutions, universités et entreprises sont appelées à être des sponsors officiels des initiatives et événements mondiaux de l’IYQ.
L’objectif, trouver de nouvelles idées et de nouvelles solutions pour inspirer les jeunes de partout dans le monde, à être la prochaine génération de pionniers quantiques.
L’inauguration de cette année du quantique se déroulera le 4 février 2025 à l’UNESCO.
« Le quantique », un monde qui bouge plus vite qu’on ne l’imagine !
Il est important pour la société, donc pour chacun de nous, d’imaginer sans perdre de temps cette accélération.
Ce qui en dépend ?
- L’éducation et la formation doivent s’assurer de faire une place au quantique dans leurs programmes.
- Les entreprises sont concernées par les enjeux socioéconomiques, les stratégies d’anticipation à mettre en place et les métiers nouveaux liés à l’intégration, la gestion des impacts (marketing, cybersécurité…) de ces technologies.
Une prise de conscience indispensable pour anticiper le monde qui se dessine
3 grands domaines d’application
- Matériel : ordinateurs, puces quantiques
- Réseau : Internet quantique
- Cybersécurité : clés de chiffrement
Exemples d’avancées quantiques remarquables
Pour mieux matérialiser l’importance d’une prise de conscience des enjeux et défis des sciences et technologies quantiques par la société, on peut déjà pointer quelques avancées remarquables (et remarquées).
Matériel : l’exemple de « la puce Willow »
Début décembre 2024, Google nous donne un exemple des valeurs numériques démesurées véhiculées par les technologies quantiques en dévoilant « Willow », une puce quantique capable de réaliser des calculs qui demanderaient autour de 10 septilliards d’années aux supercalculateurs classiques. Sa finalité est de faire progresser la recherche scientifique « en s’attaquant à certains des plus grands défis de la société ».
Willow est fabriquée à Santa Barbara, dans une usine ultramoderne, pour disposer d’une ingénierie système adaptée à la conception et à la fabrication de telles puces quantiques. Avec 105 qubits, elle dispose des meilleures performances possibles. Cette puissance de calcul pourrait être déterminante pour le fonctionnement des technologies telles que celles nécessaires à l’intelligence artificielle.
Deux grands domaines de performances
- La vitesse de calcul : moins de 5 minutes pour des calculs qui prendrait actuellement 1025 années à un supercalculateur. Un nombre qui dépasse les échelles de temps connues en physique et largement l’âge de l’Univers !
- La correction d’erreurs quantiques « sous le seuil », autrement dit pour démontrer de réels progrès en la matière.
Matériel, puces et ordinateurs quantiques en quête de puissance et de vitesse
Cybersécurité et clés de chiffrement : une expérience « d’attaque quantique » réussie
Des chercheurs de l’Université de Shanghai ont réussi à optimiser le potentiel d’un « ordinateur quantique standard, le DWave Advantage », pour casser les clés de chiffrement les plus utilisées, telles que les clés RSA et AES.
Cette attaque interpelle parce qu’elle caractérise une menace sérieuse pour la cybersécurité mondiale. Elle montre en effet que les protocoles de sécurité actuellement en vigueur, notamment dans les secteurs bancaire et militaire, pourraient se retrouver caducs. Les chercheurs pensent que les progrès vont déboucher sur des attaques quantiques capables de mettre à mal les systèmes cryptographiques les plus robustes.
Même si la technologie quantique n’est pas encore mature, les chercheurs pointent notamment la sensibilité aux perturbations environnementales et la difficulté à concevoir un algorithme d’attaque universel. Ils pensent que les progrès vont déboucher sur des attaques quantiques capables de mettre à mal les systèmes cryptographiques les plus robustes.
Cet exemple conforte si besoin l’importance d’une prise de conscience et de l’élaboration de stratégies permettant de prendre, dès à présent des mesures pour anticiper ce type d’attaques
La cybersécurité est l’un des domaines phares d’applications des technologies quantiques à l’échelle mondiale
Réseau : Internet quantique, une expérience de faisabilité
Aux Etats-Unis, des physiciens de Harvard ont démontré la faisabilité d’un « Internet Quantique » en enchevêtrant deux nœuds de mémoire quantique, séparés par une liaison par fibre optique déployée sur une boucle d’environ 22 milles.
« Montrer que les nœuds du réseau quantique peuvent être intriqués, dans l’environnement réel d’une zone urbaine très fréquentée, constitue une étape importante vers une mise en réseau pratique entre les ordinateurs quantiques »
Concrètement, ce réseau de démonstration traverse Cambridge, Somerville, Watertown et Boston. Il a été installé au-dessus de la fibre existante pour montrer la possibilité de créer un Internet quantique avec des lignes de réseau similaires.
Pour autant, un réseau quantique ne peut pas utiliser de répéteurs de signaux à fibre optique standard. De fait, la copie d’informations quantiques arbitraires est impossible, ce qui rend les informations sécurisées, mais également très difficiles à transporter sur de longues distances.
Cette expérience n’est qu’un début, elle pointe des perspectives futures pour un Internet quantique.
Un « réseau quantique métropolitain »
Pourquoi 2025
Marquer le centenaire de la mécanique quantique
En 2024, les Nations Unies ont proclamé 2025 comme « Année Internationale de la Science et de la Technologie Quantiques ». Le choix de 2025 est pour marquer les 100 ans à partir du développement initial de la mécanique quantique.
Tourné vers l’avenir, le XXIè siècle verra les sciences et technologies quantiques devenir un domaine scientifique clé pour relever les défis sociétaux critiques, déjà mis en évidence par les Objectifs de Développement Durable, le climat, l’énergie ou encore la sécurité alimentaire.
Rapide approche de la mécanique quantique
Le concept d’informatique quantique
Aujourd’hui, le concept d’informatique quantique est connu du grand public à travers l’image de machines puissantes, de supercalculateurs déjà capables d’effectuer des calculs comme ceux nécessaires à l’apprentissage automatique des algorithmes d’intelligence artificielle par exemple. Ou encore la résolution de problèmes complexes, chronophages, hors de portée de nos ordinateurs classiques, mais indispensables aux activités d’organismes gouvernementaux, de centres de recherche, ou de l’aérospatiale par exemple.
La mécanique quantique
L’informatique quantique repose sur le principe de la mécanique quantique. La mécanique quantique voit le jour en 1925, grâce aux efforts de physiciens confrontés à des problèmes que la physique classique ne parvenait pas à expliquer. Elle repose sur l’approche de Broglie.
Le physicien autrichien Erwin Schrödinger invente « la mécanique ondulatoire » et se fait connaitre à travers « l’équation de Schrödinger ». Elle est l’équation fondamentale de la physique quantique.
La physique quantique repose sur la mécanique quantique. Elle a permis d’élucider le mystère de la structure de l’atome et décrit le comportement des particules élémentaires, jusqu’à élucider certaines propriétés du rayonnement électromagnétique.
L’information quantique a conduit à des applications telles que le laser, l’IRM ou l’électronique des semi-conducteurs. Elle mène au « phénomène d’intrication quantique dans lequel deux particules (ou groupes de particules) forment un système lié et présentent des états quantiques dépendant l’un de l’autre, quelle que soit la distance qui les sépare ».
Le regard de cKiou
– Hi, cKiou n’avait pas réellement conscience de l’importance des technologies quantiques. C’est vrai qu’elles font plutôt fantasmer sur « un monde improbable », même si on les voit s’approcher de plus en plus concrètement des Humains !
Après, bien sûr il faudra encore certainement du temps pour en voir des applications comme des machines à la portée de tous.
Mais cette année internationale est une bonne idée pour permettre aux Humains d’anticiper le monde sans se laisser surprendre comme par les « pouvoirs » des intelligences artificielles !
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