Traitement et communication de l’information quantique

Conférence au LINA, Fac des sciences de Nantes,
Philippe Jorrand - Directeur de Recherche Emérite, CNRS

11 juin 2009 14h - 15h30

"Les lois qui gouvernent la représentation de l’information, son traitement et sa communication sont dictées par celles qui gouvernent le monde physique dans lequel l’information est nécessairement incarnée. Cette affirmation est évidente pour les ordinateurs du commerce. Mais, et cela est plus surprenant, les modèles les plus abstraits de ce qu’est un calcul, comme la machine de Turing ou le lambda-calcul de Church, qui datent des années 30, sont eux aussi entièrement dépendants de cet enracinement de l’information dans la physique. Aujourd’hui, les principes fondamentaux de l’informatique telle que nous la connaissons sont classiques, au sens de la physique classique, celle de Newton et de Maxwell.

Les recherches sur le traitement et la communication de l’information quantique sont nées au début des années 80, engendrées par la rencontre de deux courants majeurs de la science du 20ème siècle : la physique quantique et les sciences de l’information. Il s’agit de déraciner l’informatique du terrain de la physique classique pour la replanter dans celui de la physique quantique, c’est-à-dire dans la connaissance ultime que nous avons aujourd’hui du monde étrange des particules élémentaires, telle qu’elle est formulée mathématiquement par la mécanique quantique. Si l’unité élémentaire d’information est ainsi portée par un seul atome, un seul électron ou un seul photon, quelle sont alors les conséquences pour le traitement et la communication de l’information ? Des résultats spectaculaires en cryptographie, en théorie de l’information, en algorithmique et, plus récemment, sur les modèles abstraits de calcul et les langages de programmation, ont montré que cela autorise des performances qui sont hors de portée de l’informatique d’aujourd’hui, et que cela ouvre de nouvelles avenues de recherches fondamentales et expérimentales en informatique et en physique.

Aucune connaissance préalable en mécanique quantique n’est requise pour suivre cet exposé. Après une évocation des motivations scientifiques et technologiques sous-jacentes, le but de cet exposé est de donner une vision d’ensemble des principes, des grands résultats et des perspectives lointaines des recherches actuelles sur le traitement et la communication de l’information quantique, en adoptant le point de vue d’un chercheur en informatique. Les propriétés du bit quantique et des registres quantiques, et les opérations qui leur sont applicables, seront d’abord définies. Puis une présentation des résultats fondateurs de ces recherches au cours de 20 dernières années montrera comment exploiter ces propriétés et ces opérations pour atteindre des performances qualitatives et quantitatives qui vont très au delà de ce que permettent les principes mêmes du traitement et de la communication de l’information classique : cryptographie quantique (des produits commerciaux existent déjà), téléportation d’états quantiques, algorithmes quantiques. La dernière partie de l’exposé passera en revue quelques travaux en cours pour la réalisation expérimentale d’un ordinateur quantique, où les obstacles à franchir vont constituer des défis majeurs, théoriques et expérimentaux, pour la physique et pour l’informatique pendant les quinze ou vingt premières années du 21ème siècle."

J'ai enfin compris. Un exposé compréhensible par quelqu'un ne connaissant pas la physique quantique.