Comment les plus petites particules pourraient résoudre les plus grandes questions

Lorsqu’on explore les plus petites particules de matière, on entre dans un monde régi par ses propres lois. C’est comme un univers à part, composé de bulles de savon multicolores qui scintillent, dansent à l’unisson et s’effondrent aussitôt sur elles-mêmes. Il ne faut surtout pas les toucher. Et pourtant, ce monde fugace et instable pourrait bien être prédestiné à résoudre les tâches les plus complexes.

Lukas Bischof a étudié l’informatique à la ZHAW de Winterthour et s’est progressivement frayé un chemin dans le monde quantique. Dans son mémoire de master, qu’il a terminé cet été, il a pu démontrer par ses propres moyens ce sur quoi de grandes entreprises technologiques travaillent depuis un certain temps déjà: les ordinateurs quantiques surpassent déjà les superordinateurs traditionnels pour certaines tâches de calcul.

Arrivée dans la pratique

«En matière de reconnaissance de formes, l’ordinateur quantique était non seulement plus rapide, mais il avait aussi besoin de moins de données», explique Lukas. En même temps, il admet: «Les ordinateurs quantiques n’en sont pas encore au point de pouvoir résoudre de manière fiable un large éventail de problèmes par eux-mêmes.» Il est convaincu qu’une répartition des tâches entre ordinateurs traditionnels et quantiques restera nécessaire à l’avenir.

Mais qu’est-ce qui rend les ordinateurs quantiques plus rapides? Au lieu de bits, les ordinateurs quantiques utilisent des bits quantiques, appelés qubits. Alors que les bits peuvent prendre la valeur 0 ou 1, les qubits peuvent aussi adopter toutes les valeurs intermédiaires. Cet état, appelé superposition, permet aux ordinateurs quantiques d’effectuer plusieurs opérations de calcul simultanément, tandis que les ordinateurs traditionnels procèdent étape par étape.

Encore beaucoup de recherche nécessaire

«Actuellement, la programmation des ordinateurs quantiques en est à peu près là où l’on se trouvait dans le domaine du machine learning il y a dix ans», explique Kurt Stockinger, qui enseigne l’informatique et la science des données à la ZHAW et à l’Université de Zurich. Il a supervisé le travail de Lukas en collaboration avec Rudolf Füchslin et Pavel Sulimov de la ZHAW.

«Nous en savons encore beaucoup trop peu sur les approches de programmation les plus adaptées à chaque situation», explique Kurt Stockinger. Il souhaite que davantage de recherches soient menées dans le domaine des logiciels.

Lukas souligne également que le monde particulier de la physique quantique est parfois bien éloigné de notre univers logique et rationnel: «Lorsque je programme, je dois sans cesse me familiariser avec de nouveaux concepts.» Néanmoins, le monde quantique le fascine. Il a déjà publié un article dans la prestigieuse revue scientifique Nature Scientific Reports et envisage de poursuivre un doctorat.

Noch viel Forschung nötig

«Im Moment stehen wir bei der Programmierung von Quantencomputern etwa da, wo wir im Bereich Machine Learning vor zehn Jahren gestanden sind», erklärt Kurt Stockinger, der an der ZHAW und an der Universität Zürich Computerwissenschaften und Data Science lehrt. Er betreute die Arbeit von Lukas zusammen mit Rudolf Füchslin und Pavel Sulimov von der ZHAW.

«Wir wissen noch viel zu wenig, wo welche Programmieransätze am besten eingesetzt werden», erklärt Stockinger. Er wünscht sich, dass im Bereich der Software noch mehr geforscht wird.

Dass die eigentümliche Welt der Quanten zum Teil weit weg ist von unserer logischen Erfahrungswelt, unterstreicht auch Lukas. «Beim Programmieren muss ich mich immer wieder in neue Konzepte reindenken». Gepackt hat ihn die Quantenwelt dennoch. Er konnte bereits eine Arbeit im renommierten Wissenschaftsmagazin «Nature Scientific Reports» veröffentlichen und überlegt sich, noch ein Doktoratsstudium anzuhängen.

Un potentiel énorme dans le domaine de l’énergie

La nature même des ordinateurs quantiques les rend particulièrement adaptés aux modélisations à l’échelle atomique. Les interactions entre différentes molécules sont également au cœur de nombreuses questions dans le domaine de l’énergie. Comment construire des cellules solaires plus efficaces? Comment transformer différentes formes d’énergie? Les ordinateurs quantiques pourraient un jour apporter de nouvelles réponses à ces questions.La recherche sur la fusion pour la production d’énergie en est encore au stade expérimental. Il est envisageable que, grâce à de nouvelles connaissances obtenues grâce aux ordinateurs, nous puissions un jour utiliser sur Terre les mêmes mécanismes de production d’énergie que ceux qui sont à l’œuvre dans le Soleil.

Développement ouvert

Ces dernières années, les progrès réalisés dans le domaine du machine learning, ainsi que les nouveaux superordinateurs nous ont ouvert les portes du monde merveilleux de l’intelligence artificielle. Il n’est pas exclu que des avancées technologiques similaires se produisent dans les prochaines années dans le domaine de l’informatique quantique. Pour l’instant, les réponses fournies par les plus petites particules ressemblent encore à du bruit. Mais grâce au travail des étudiants et des chercheurs, elles devraient bientôt parler un langage plus clair. Avec toi aussi? Découvre comment une formation technique peut te permettre de faire la différence.