Les ordinateurs quantiques fonctionnent selon des principes fondamentalement différents des machines classiques. Alors que les ordinateurs classiques traitent des bits soit à l'état 0, soit à l'état 1, les systèmes quantiques utilisent des bits quantiques, ou qubits, qui peuvent se trouver dans un continuum d'états grâce à la superposition. Lorsque les qubits deviennent entravés, un changement dans l'un d'eux influence instantanément les autres, ce qui permet de réaliser de nombreux calculs en parallèle et donne lieu à des gains de vitesse exponentiels pour certains problèmes.
Les obstacles techniques restent importants. Les qubits sont extrêmement sensibles aux perturbations externes, ce qui nécessite une correction des erreurs importante en matière de ressources de calcul. Les architectures actuelles nécessitent souvent des centaines de qubits physiques pour générer un seul qubit logique capable d'effectuer des calculs fiables. En augmentant le nombre de qubits, on accentue le fardeau de la correction des erreurs et on complique la manipulation précise des composants à l'échelle atomique.
Plusieurs approches technologiques sont à l’étude. IBM et Google se concentrent sur les qubits superconducteurs, refroidissant des microprocesseurs spécialisés jusqu’à juste au-dessus de zéro absolu pour obtenir un flux de courant sans résistance. Cette méthode exige une infrastructure de refroidissement conséquente et une réparation de défaillances intensive. Les systèmes à piège d'ions, utilisés par d'autres entreprises, confinent des atomes chargés électriquement dans des champs électromagnétiques et les manipulent au moyen de lasers ou de micro-ondes ; ils ont besoin d’une moindre capacité de correction, mais font face à des difficultés lorsqu’il s’agit d’accroître le nombre de qubits. La start-up allemande PlanQC expérimente des atomes neutres captés par des pinces optiques, tandis que SaxonQ a construit un appareil portable dans lequel des qubits semblables à des pièges d'ions sont intégrés dans un cristal de diamant. Microsoft développe des qubits topologiques basés sur des particules de Majorana, théoriquement plus résistants aux perturbations environnementales. Les qubits-photoniques, utilisant des particules de lumière, sont aussi à l’étude, même si aucune approche n’a encore prouvé sa supériorité.
Le gouvernement fédéral allemand a annoncé un programme de financement de 640 millions d'euros visant à accélérer le développement des calculateurs quantiques. L'initiative a pour objectif de soutenir la recherche, la construction de prototypes et la transition des technologies prometteuses vers leur utilisation commerciale.
Les applications potentielles s'étendent au-delà du calcul pur. Les experts mentionnent la cryptographie, la detection de la fraude dans le secteur financier, le routage optimal pour la logistique et l'entraînement de modèles d'intelligence artificielle comme des domaines où un avantage quantique pourrait se faire jour. Le calcul hybride quantique, entrepris par des start-up telles que Terra Quantum, exécute des logiciels optimisés quantiquement sur des ordinateurs à haut rendement conventionnels, ce qui a déjà permis d'obtenir des gains de vitesse modestes, dans l'attente de matériels quantiques pleinement fonctionnels.
En dépit des progrès enregistrés, les ordinateurs quantiques restent pour l'essentiel des modèles expérimentaux, leur taux d'erreur et leur évolutivité les limitant encore à un déploiement généralisé. Les importantes investissements publics et privés menés actuellement visent à surmonter ces obstacles et à libérer le potentiel à long terme de cette technologie.
