Jusqu’à présent, les ordinateurs courants, pour traiter un bit, l’unité minimale d’information avec laquelle ils travaillent et qui représente un 1 ou un 0, l’avaient fait par impulsions électriques. Maintenant, le grand défi est que ces signaux voyagent à la vitesse de la lumière à travers les photons, grâce auxquels le saut de performance serait exponentiel et les appareils que nous manipulons quotidiennement auraient la capacité d’un superordinateur.

Depuis des années, l’électronique et la photonique coexistent dans le monde du traitement et de la transmission de l’information. Les photons, à travers les fibres optiques, se sont vus attribuer le rôle principal dans l’envoi et la réception d’informations, tandis que les électrons ont joué le rôle principal dans l’exécution des opérations logiques et informatiques. Et tout indique que cette répartition des rôles se poursuivra dans un avenir proche. « Il y a des raisons fondamentales à cette division du travail », explique Rajesh Menon, ingénieur en informatique à l’Université de l’Utah, au magazine OpenMind. « La transmission d’informations sous forme de photons nécessite moins d’énergie, tandis que les ondes associées aux électrons sont plus petites », souligne-t-il. Une vitesse plus élevée signifie également une plus grande taille.

Bien que le rêve d’une micropuce entièrement fonctionnelle avec des composants optiques se rapproche, il reste encore des obstacles importants à surmonter. Après de nombreuses années d’expériences et une quantité monstrueuse de ressources mises à disposition de la recherche en électronique, les transistors actuels qui composent les microprocesseurs ont déjà atteint l’échelle nanométrique. Mais pour la photonique, c’est encore une voie peu explorée. « Nous devons mieux comprendre comment la lumière se comporte à ces échelles », souligne Menon.

Mais la photonique a un avenir garanti dans la course à un ordinateur quantique avec une puissance de traitement stable. C’est sur ce terrain que le physicien Jeremy O’Brien s’est engagé, à travers son entreprise PsiQuantum, une startup avec 5 ans de vie et qui vient de lever 215 millions de dollars pour son prototype basé sur la puissance de la lumière.

L’informatique quantique, le Saint Graal

« Quand nous avons commencé à travailler sur ce type de technologie, nous pensions que notre ordinateur occuperait la taille d’une montagne », a expliqué O’Brien au magazine Bloomberg. Mais après avoir fait plusieurs avancées, ils estiment que leur premier ordinateur occupera une salle de réunion de bureau et aura un million de qubits (on nomme qubit – quantum + bit ; prononcer kiou-bite – l’état quantique qui représente l’unité de stockage d’information quantique). Pour vous donner une idée de la puissance que cela représente, on estime que 80 qubits peuvent stocker plus d’informations que les atomes dans tout l’univers.

Le passage des bits aux qubits est la grande révolution dans laquelle le monde de l’informatique se trouve aujourd’hui. De grandes entreprises comme Google ou IBM, et d’autres balbutiantes comme PsiQuantum elle-même, se sont lancées dans une compétition effrénée pour essayer d’être les premières à construire un ordinateur basé sur cette technologie (ce qu’elles ont déjà réalisé) et qui est stable. Ce dernier point est le plus grand défi, car jusqu’à présent les qubits étaient trop fragiles et leur état change à la moindre interférence extérieure.

L’idée derrière cette avancée est de passer d’un système de traitement avec seulement deux états (0 et 1, caractéristique de la mémoire classique bit) à un autre où quelque chose peut être 0 et 1 ou une partie de chacun à la fois. C’est le principe de superposition qui intervient au niveau subatomique et qui permet à plusieurs états d’être traités ou stockés simultanément.

« C’est une révolution comme celle qu’a provoqué l’apparition des premiers ordinateurs », déclare Alejandro Pozas-Kerstjens, chercheur à l’Institut des sciences photoniques de Barcelone à la BBC. Ses applications dans la vie réelle seront innombrables. « De nous permettre de faire des choses qui sont très importantes pour nous en ce moment, comme la fabrication ou le prototypage de médicaments, à l’optimisation des itinéraires de trafic pour essayer de consommer moins de carburant », résume Pozas-Kerstjens.