L’informatique quantique : ce qui est déjà réel, ce qui ne l’est pas encore

Mutations technologiques

L’informatique quantique : ce qui est déjà réel, ce qui ne l’est pas encore

L’informatique quantique est probablement l’une des technologies les plus difficiles à présenter sans tomber dans deux excès opposés.

Le premier consiste à la considérer comme une révolution imminente capable de rendre les ordinateurs actuels obsolètes.

Le second consiste à la réduire à une expérience de laboratoire encore très éloignée de toute utilité réelle.

La situation est plus nuancée.

Des ordinateurs quantiques existent.

Ils fonctionnent.

Ils exécutent de véritables algorithmes.

Les chercheurs améliorent progressivement leur stabilité, leur taille et leurs mécanismes de correction d’erreurs.

Mais ces machines restent très limitées comparées à l’ambition finale du domaine.

Elles ne remplacent pas les ordinateurs classiques.

Elles ne rendent pas soudainement tous les calculs plus rapides.

Et elles ne disposent pas encore de la puissance nécessaire pour casser les principaux systèmes cryptographiques utilisés aujourd’hui.

Pour comprendre où en est réellement l’informatique quantique, il faut commencer par abandonner une idée trompeuse : un ordinateur quantique n’est pas simplement un ordinateur classique beaucoup plus rapide.

Un ordinateur différent, pas un ordinateur accéléré

Un ordinateur classique manipule des bits.

Un bit prend une valeur parmi deux états : 0 ou 1.

L’ordinateur quantique utilise des qubits.

Un qubit est un système physique dont l’état peut être décrit par la mécanique quantique.

Il peut notamment être préparé dans une superposition d’états, et plusieurs qubits peuvent être corrélés par un phénomène appelé intrication.

Ces propriétés permettent de construire des algorithmes très différents de ceux utilisés par l’informatique traditionnelle.

Mais elles ne signifient pas qu’un ordinateur quantique essaie simplement toutes les réponses en même temps.

Cette représentation, souvent utilisée pour vulgariser le sujet, est trop simpliste.

Le véritable enjeu consiste à concevoir une séquence d’opérations quantiques qui fait évoluer les amplitudes associées aux différents états de manière à augmenter la probabilité d’obtenir une information utile lors de la mesure finale.

C’est ce qui rend l’algorithmique quantique à la fois puissante et difficile.

Tous les problèmes ne deviennent pas faciles

L’existence d’un ordinateur quantique ne signifie pas que tous les logiciels pourraient être exécutés plus rapidement.

La plupart des tâches informatiques courantes continueront à être mieux réalisées par des processeurs classiques.

Afficher une page web.

Exécuter un traitement de texte.

Gérer une base de données.

Faire fonctionner un serveur.

Encoder une vidéo.

Les architectures classiques sont extrêmement efficaces pour ces usages.

L’intérêt du calcul quantique concerne certaines catégories particulières de problèmes pour lesquelles des algorithmes quantiques peuvent exploiter la structure mathématique du problème.

C’est notamment le cas de certains calculs liés à la factorisation, à la recherche, à la simulation de systèmes quantiques ou à certaines méthodes d’optimisation.

L’ordinateur quantique doit donc être vu davantage comme un accélérateur spécialisé que comme le successeur universel du PC.

Les machines quantiques existent déjà

La technologie n’est plus purement théorique.

Plusieurs entreprises et laboratoires disposent de processeurs quantiques accessibles directement ou via le cloud.

IBM, Google, Quantinuum, IonQ et d’autres acteurs développent différentes technologies reposant notamment sur des qubits supraconducteurs ou des ions piégés.

Les machines actuelles permettent de tester des algorithmes, d’étudier la correction d’erreurs et de développer les outils logiciels nécessaires à une future informatique quantique de plus grande échelle.

Mais le nombre de qubits physiques ne suffit pas à mesurer la qualité d’une machine.

Un processeur comportant davantage de qubits mais produisant beaucoup d’erreurs peut être moins utile qu’un système plus petit mais mieux contrôlé.

La véritable difficulté est donc la qualité des qubits.

Le principal ennemi : l’erreur

Les systèmes quantiques sont extrêmement sensibles à leur environnement.

Une interaction parasite peut modifier l’état d’un qubit.

Les opérations elles-mêmes ne sont pas parfaites.

La lecture des résultats introduit également des erreurs.

Or un calcul complexe exige une grande succession d’opérations.

Même un faible taux d’erreur peut donc rendre le résultat inutilisable lorsque le nombre d’étapes augmente.

C’est pourquoi une grande partie de la recherche actuelle ne cherche pas uniquement à ajouter des qubits.

Elle cherche surtout à les rendre suffisamment fiables.

Le problème est particulièrement difficile parce qu’un état quantique ne peut pas être simplement copié et sauvegardé de la même manière qu’un bit classique.

La correction d’erreurs quantiques nécessite donc des méthodes spécifiques.

Le qubit logique change la perspective

La solution consiste à utiliser plusieurs qubits physiques pour représenter un qubit logique plus fiable.

Le principe est analogue, dans son objectif, aux mécanismes de redondance utilisés dans l’informatique classique : plusieurs éléments imparfaits coopèrent afin de produire une information plus robuste.

Mais la mise en œuvre quantique est beaucoup plus complexe.

Un ordinateur quantique réellement utile à grande échelle pourrait donc nécessiter un nombre de qubits physiques très supérieur au nombre de qubits logiques dont l’algorithme a réellement besoin.

C’est pourquoi les annonces portant uniquement sur le nombre brut de qubits doivent être interprétées avec prudence.

Le progrès le plus important peut parfois être une réduction du taux d’erreur plutôt qu’une augmentation spectaculaire du nombre de composants.

Google a ainsi annoncé avec son processeur Willow avoir démontré une réduction exponentielle des erreurs à mesure que la taille d’un code de correction augmentait, un résultat important pour la perspective de machines quantiques corrigées des erreurs. L’entreprise présente néanmoins Willow comme une étape vers des applications réellement utiles, et non comme l’aboutissement de cette trajectoire. blog.google

Les démonstrations spectaculaires ne sont pas encore des applications industrielles

Les progrès quantiques donnent régulièrement lieu à des annonces impressionnantes.

Un processeur peut effectuer en quelques minutes un calcul qui demanderait, selon les estimations du constructeur, un temps astronomique à un supercalculateur classique.

Ces démonstrations sont importantes scientifiquement.

Elles permettent de montrer qu’un système quantique peut atteindre un régime inaccessible aux méthodes classiques pour une tâche particulière.

Mais il faut regarder la nature du problème utilisé.

Il s’agit souvent de benchmarks conçus précisément pour tester les capacités de la machine.

Ils ne correspondent pas nécessairement à une tâche qu’une entreprise souhaite résoudre dans son activité quotidienne.

La différence est essentielle.

Démontrer qu’une machine quantique réalise un calcul particulier beaucoup plus rapidement qu’un ordinateur classique ne signifie pas encore qu’elle possède un avantage économique général.

L’étape suivante consiste à identifier des problèmes utiles sur lesquels le gain quantique compense réellement le coût et la complexité du système.

La simulation de la matière reste l’un des grands espoirs

Un domaine paraît particulièrement naturel pour le calcul quantique : la simulation de systèmes eux-mêmes quantiques.

Les molécules, les matériaux et certaines réactions chimiques sont gouvernés par la mécanique quantique.

Simuler exactement leur comportement sur un ordinateur classique devient rapidement extrêmement coûteux lorsque la taille du système augmente.

Un ordinateur quantique pourrait donc offrir une manière plus naturelle de représenter certains de ces systèmes.

Les applications potentielles concernent notamment la chimie, les matériaux, les batteries ou certains processus industriels.

Mais le potentiel ne doit pas être confondu avec une exploitation généralisée.

La plupart des applications complexes envisagées nécessitent encore des machines plus stables et davantage de qubits logiques que les systèmes disponibles aujourd’hui.

La recherche explore donc simultanément les applications possibles et les progrès matériels nécessaires pour les rendre praticables.

L’optimisation suscite beaucoup d’intérêt, mais aussi beaucoup de prudence

Une autre catégorie souvent citée est l’optimisation.

Planifier une flotte.

Organiser une production.

Optimiser un portefeuille.

Trouver une configuration dans un espace immense de possibilités.

Ces problèmes sont économiquement importants.

Ils sont également étudiés depuis longtemps avec des méthodes classiques très sophistiquées.

Le calcul quantique pourrait apporter des accélérations pour certaines formulations.

Mais démontrer un avantage réel sur les meilleurs algorithmes classiques reste difficile.

L’un des risques consiste à comparer une nouvelle méthode quantique avec une approche classique simplifiée plutôt qu’avec les meilleures méthodes industrielles disponibles.

Un avantage quantique pertinent doit donc être mesuré face à des concurrents classiques eux-mêmes optimisés.

L’informatique classique continue de progresser

Cette dimension est souvent oubliée.

Le calcul quantique ne progresse pas dans un environnement immobile.

Pendant que les chercheurs améliorent les processeurs quantiques, les processeurs classiques progressent eux aussi.

Les algorithmes s’améliorent.

Les GPU deviennent plus puissants.

Les supercalculateurs augmentent leurs capacités.

De nouvelles méthodes permettent parfois de reproduire plus efficacement certains calculs qui semblaient auparavant hors de portée.

La barre définissant un véritable avantage quantique se déplace donc continuellement.

Il ne suffit pas de battre l’ordinateur classique d’il y a dix ans.

Il faut battre les meilleures solutions disponibles au moment où l’application doit être utilisée.

Le quantique sera probablement intégré à une architecture hybride

Même lorsqu’il deviendra réellement utile, l’ordinateur quantique ne fonctionnera probablement pas seul.

Une application pourra combiner plusieurs ressources.

Un ordinateur classique préparera les données.

Une partie spécifique du calcul sera envoyée à un processeur quantique.

Le résultat sera récupéré puis traité à nouveau par un système classique.

Cette architecture ressemble à celle déjà utilisée avec les GPU.

Un processeur graphique n’a pas remplacé le CPU.

Il réalise certaines opérations pour lesquelles son architecture est particulièrement adaptée.

Le quantique pourrait suivre une logique similaire.

L’utilisateur ne saura d’ailleurs pas nécessairement qu’un processeur quantique intervient.

Le choix de la ressource pourra être effectué par une plateforme informatique qui répartira automatiquement les calculs.

La cryptographie constitue une exception : il faut agir avant que la machine existe

La conséquence la plus concrète de l’informatique quantique concerne paradoxalement une menace qui n’est pas encore réalisable à grande échelle.

Certains systèmes cryptographiques actuellement utilisés reposent sur des problèmes mathématiques difficiles pour les ordinateurs classiques.

L’algorithme de Shor montre qu’un ordinateur quantique suffisamment puissant pourrait résoudre beaucoup plus efficacement certains de ces problèmes.

Cela menace notamment plusieurs systèmes de cryptographie à clé publique employés pour l’échange de clés et les signatures numériques.

Mais aucun ordinateur quantique actuel ne possède encore la capacité de casser à grande échelle les principaux algorithmes cryptographiques utilisés sur Internet.

Le risque est futur.

La réponse, elle, doit commencer aujourd’hui.

Pourquoi migrer maintenant si la menace n’existe pas encore ?

Une infrastructure cryptographique ne se remplace pas instantanément.

Les algorithmes sont présents dans les systèmes d’exploitation, les équipements réseau, les applications, les certificats, les protocoles, les équipements industriels et de très nombreux logiciels.

Certaines infrastructures restent en production pendant dix ou vingt ans.

Attendre l’arrivée d’un ordinateur quantique suffisamment puissant pour commencer la migration serait donc trop tard.

Il existe également un autre problème.

Un attaquant peut enregistrer aujourd’hui des communications chiffrées dans l’espoir de pouvoir les déchiffrer plus tard.

Cette stratégie est généralement décrite par l’expression harvest now, decrypt later.

Les informations dont la confidentialité doit durer de nombreuses années peuvent donc être concernées bien avant que la machine capable de les casser existe.

La cryptographie post-quantique est déjà une réalité

Contrairement à l’ordinateur quantique à grande échelle, la réponse cryptographique n’est plus expérimentale.

En août 2024, le NIST a finalisé trois premiers standards de cryptographie post-quantique : ML-KEM pour l’établissement de clés, ML-DSA et SLH-DSA pour les signatures numériques. Ces mécanismes sont destinés à résister aux attaques provenant aussi bien d’ordinateurs classiques que de futurs ordinateurs quantiques. NIST CSRC

Le NIST recommande désormais aux organisations de commencer leur migration et indique explicitement que ces standards sont prêts à être déployés. NIST

En 2025, l’organisme a également sélectionné HQC comme mécanisme supplémentaire destiné à fournir une solution de secours reposant sur une famille mathématique différente de ML-KEM. NIST

La transition post-quantique a donc commencé avant même que les ordinateurs quantiques capables de menacer réellement les systèmes actuels soient disponibles.

Cela ne signifie pas que tout le chiffrement actuel va disparaître

L’expression « l’ordinateur quantique cassera le chiffrement » est trop générale.

Tous les algorithmes cryptographiques ne sont pas affectés de la même manière.

Le risque le plus important concerne la cryptographie asymétrique fondée sur certains problèmes mathématiques.

Les algorithmes symétriques et les fonctions de hachage sont affectés différemment et peuvent généralement être renforcés en adaptant notamment la taille des clés.

Il faut donc éviter de présenter l’arrivée du quantique comme une disparition soudaine de toute sécurité numérique.

Il s’agit plutôt d’une transition cryptographique majeure, qui exige d’identifier les algorithmes vulnérables et de les remplacer progressivement.

Le NIST travaille précisément sur cette migration et recommande notamment aux organisations de dresser l’inventaire des usages cryptographiques présents dans leurs systèmes avant de planifier leur remplacement. NIST Pages

La question du calendrier reste profondément incertaine

À quel moment existera un ordinateur quantique capable d’exécuter des applications industrielles réellement importantes ?

Personne ne peut le dire avec précision.

Les feuilles de route industrielles donnent des objectifs.

Les laboratoires publient des progrès.

Les investissements augmentent.

Mais il reste d’importantes difficultés scientifiques et d’ingénierie.

Nombre de qubits.

Fidélité des opérations.

Correction d’erreurs.

Interconnexions.

Contrôle.

Refroidissement.

Logiciels.

Coût.

Passer de prototypes capables de démontrer certaines propriétés à une machine fiable exécutant des algorithmes complexes pendant suffisamment longtemps constitue un changement d’échelle considérable.

Il faut donc être prudent devant les annonces donnant une date précise à laquelle « le quantique arrivera ».

Il est plus raisonnable de parler de progrès successifs.

L’incertitude ne signifie pas qu’il ne se passe rien

L’erreur inverse serait d’en conclure que la technologie n’a aucune importance tant qu’un ordinateur quantique universel et corrigé des erreurs n’existe pas.

Les travaux actuels ont déjà plusieurs conséquences.

Ils permettent d’améliorer les méthodes de correction d’erreurs.

Ils développent de nouveaux outils de programmation.

Ils permettent aux chercheurs de comprendre quels algorithmes pourraient présenter un intérêt.

Ils obligent les organisations à préparer la transition cryptographique.

Ils structurent également une industrie nouvelle autour des processeurs, de la cryogénie, des systèmes de contrôle, des logiciels et des services cloud.

La technologie est donc réelle.

Ses conséquences finales restent simplement beaucoup moins certaines que ne le laissent parfois entendre les discours promotionnels.

La bonne question n’est pas « quand remplacera-t-il nos ordinateurs ? »

Il ne les remplacera probablement pas.

Le calcul quantique répond à une logique différente.

Il pourrait devenir extrêmement important pour certaines tâches tout en restant inutile pour la majorité des opérations quotidiennes.

C’est précisément ce qui rend les comparaisons simplistes difficiles.

Une machine spécialisée peut transformer profondément une industrie sans devenir un appareil grand public.

Les supercalculateurs n’ont jamais remplacé les ordinateurs personnels.

Les GPU n’ont pas remplacé les CPU.

Ils ont ouvert de nouvelles catégories de calcul.

Le quantique pourrait suivre la même trajectoire.

Ce qui est réel aujourd’hui

Plusieurs éléments peuvent désormais être considérés comme établis.

Des processeurs quantiques fonctionnent.

Des chercheurs et des entreprises peuvent les utiliser.

La correction d’erreurs progresse.

Les architectures matérielles se diversifient.

Des outils logiciels se développent.

Des expérimentations sont menées dans la chimie, les matériaux, l’optimisation et d’autres domaines.

La cryptographie post-quantique est déjà standardisée et sa migration est engagée. NIST

Ce qui ne l’est pas encore

Il n’existe pas aujourd’hui d’ordinateur quantique universel corrigé des erreurs capable de résoudre à grande échelle toutes les applications promises au domaine.

Il n’existe pas non plus de remplacement quantique général de l’informatique classique.

Les ordinateurs quantiques actuels ne cassent pas la cryptographie publique moderne à grande échelle.

Et les applications industrielles capables de produire systématiquement un avantage économique décisif restent à démontrer dans de nombreux domaines.

C’est cette distinction qui permet de comprendre correctement le sujet.

L’informatique quantique n’est ni une promesse vide ni une révolution déjà accomplie.

C’est une technologie réelle, dont certaines briques progressent rapidement, mais dont l’utilité à grande échelle dépend encore de problèmes scientifiques et industriels difficiles.

Pour les entreprises, l’urgence n’est donc probablement pas d’acheter un ordinateur quantique.

Elle consiste plutôt à comprendre quels usages pourraient devenir pertinents dans leur secteur, à suivre l’évolution réelle des performances et, surtout, à préparer dès maintenant la transition vers la cryptographie post-quantique.

Car sur ce dernier point, le futur a déjà commencé.