Jusqu’où ira l’ordinateur quantique ?, livre ebook

L’ordinateur quantique du futur pourrait effectuer en quelques secondes des calculs qui prendraient aujourd’hui des millions d’années au supercalculateur le plus puissant qui soit. Mais comment fonctionnent ces « ordinateurs impossibles » ? Et pourquoi sont-ils si extraordinairement efficaces ?
La première révolution quantique nous a apporté, entre autres, le transistor et le laser. La deuxième révolution, déjà en cours, vise à construire des dispositifs fonctionnant suivant la logique quantique : des ordinateurs surpuissants, un Internet intrinsèquement sûr et des capteurs ultraprécis qui changeront notre vie quotidienne, de la médecine à la cybersécurité.
Rédigé dans un style clair et accessible à un public non spécialiste, exploitant des analogies intuitives comme le sourire de la Joconde ou la découpe d’un timbre-poste, cet ouvrage accompagne le lecteur depuis la compréhension des principes fondamentaux de la théorie quantique jusqu’aux nouvelles technologies qui transformeront le monde.

Avant-propos – L’ordinateur quantique impossible est possible ............... 7

Chapitre 1. À l’intérieur de l’invisible : un voyage dans l’Univers quantique....... 11

1.1 À la découverte de l’indétermination : la probabilité dans le monde quantique ............. 11

1.2 Du bit au qubit ..................... 20

1.3 Interroger l’incertain : la mesure dans le labyrinthe quantique .... 23

1.4 Fils invisibles : l’intrication quantique ..................................... 29

1.5 La nature des corrélations ...... 32

1.6 L’intrication et la réalité du monde physique ............................ 35

1.7 Les inégalités de Bell : aux confins de la réalité ....................... 38

1.8 Jeux quantiques .................... 45

1.9 Interlude : ordre et complexité .............................................. 51

1.10 Le chaos déterministe .......... 54

Chapitre 2. Au-delà des certitudes : logique et puissance du calcul quantique ...................... 59

2.1 Logique quantique ................ 59

2.2 La machine de Turing ............ 62

2.3 Parallélisme quantique ........... 67

2.4 Portes logiques élémentaires ... 70

2.5 Algorithmes quantiques .......... 76

2.6 Le dilemme de Schrödinger : la décohérence et le chat insaisissable .............................. 83

2.7 Matériel quantique : où en sommes-nous ? .............................. 88

2.8 Simulations quantiques .......... 103

2.9 Suprématie quantique ? ......... 108

Chapitre 3. Communications quantiques : la nouvelle frontière de la sécurité........... 113

3.1 Les fondements de la sécurité : la cryptographie classique ......... 113

3.2 La cryptoanalyse ................... 123

3.3 Vernam, Shannon et le secret absolu ...................................... 125

3.4 Enigma : la machine invincible .............................................. 128

3.5 Communications sécurisées et nombres premiers ....................... 131

3.6 Communications quantiques sécurisées : quel avenir ? ............... 135

3.7 L’information voyage sur des canaux quantiques ....................... 137

3.8 La cryptographie quantique aujourd’hui : de la fibre optique au satellite ................... 143

3.9 Téléportation quantique : la science-fiction devient science ....... 148

3.10 Énergie, information et télétransportation .............................. 153

Chapitre 4. Les capteurs du futur : percevoir l’impossible avec des technologies quantiques.163

4.1 L’Internet des choses ............. 163

4.2 Capteurs et étalonnage : l’art de la mesure .............................. 166

4.3 Capteurs et forces fondamentales ........................................... 172

4.4 Oscillations de Rabi et capteurs quantiques à qubit unique ........ 175

4.5 Éclairer l’invisible : la résonance magnétique nucléaire .............. 178

4.6 La limite de Heisenberg et la révolution des capteurs quantiques ................................ 180

4.7 Comment fabriquer un capteur quantique ................................ 185

4.8 De la médecine du futur aux interactions gravitationnelles : la nouvelle ère des capteurs quantiques ........................................ 190

Chapitre 5. L’horizon quantique : les défis et les promesses d’un nouveau monde ...... 199

5.1 Vivre à l’avant-garde de la science quantique : défis et révolutions ............................ 199

5.2 La volonté européenne de développer les technologies quantiques ................................ 202

5.3 L’intelligence artificielle quantique .......................................... 208

5.4 Le quotidien réinventé : notre vie dans un monde quantique ...... 217

Conclusions ..................................... 235