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Sciences PHYSIQUE. Des milliards de molécules ont réussi à travailler sur des nombres premiers. LES CHIFFRES TREMPENT DANS LA SOUPE QUANTIQUE Par Denis DELBECQ Le mardi 01 janvier 2002 | |
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 uelle est la décomposition
en facteurs premiers du nombre quinze? Pour peu qu'on comprenne la
question, la réponse est simple: il s'agit du trois et du cinq,
puisque leur multiplication donne quinze. Pour un ordinateur, c'est
aussi un jeu d'enfant. Mais pour une soupe quantique, c'est-à-dire
un paquet de milliards de milliards de molécules, transformée en
calculateur le temps d'une expérience, c'est un véritable miracle.
Pour la première fois, un «ordinateur» reposant sur les lois de la
physique quantique a pu factoriser un nombre sous la contrainte d'un
appareil à résonance magnétique nucléaire (RMN), plus souvent
utilisé pour l'imagerie médicale que dans les labos d'informatique.
La prouesse était présentée dans l'hebdomadaire britannique
Nature du 20 décembre.
Molécule. Quand on se transporte à l'échelle des atomes et des molécules, les lois de la physique dépassent l'entendement. Ainsi, dès lors que l'on observe un «sujet» quantique, ses propriétés sont immédiatement modifiées. Comme si l'on ouvrait un journal et que le contenu des pages changeait à mesure que l'on y posait les yeux. Ce qui serait une «lampe» quantique peut rester allumé et éteint à la fois. Qu'on tente d'observer son état, et elle disparaît. Autant de propriétés que les physiciens apprennent à détourner pour mettre au point des «ordinateurs». Avec un double avantage: chaque fraction infime de matière contient des milliards de milliards d'éléments susceptibles d'être transformés en as du calcul. Et affiche des propriétés qui permettent d'envisager de s'attaquer à des problèmes mathématiques qu'aucun ordinateur ne pourrait jamais aborder, même au prix de millions d'années de calcul. L'expérience du «quinze» a été conduite chez IBM, au centre de recherches d'Almaden (Californie). Là, l'équipe d'Isaac Chuang a entrepris de fabriquer et contrôler des «bits quantiques», ou «qubits», l'équivalent dans l'univers de l'infiniment petit des bits informatiques qui, par millions, font fonctionner nos ordinateurs. Chaque information est représentée par l'orientation du champ magnétique propre à chaque noyau atomique (spin). L'équipe a conçu une molécule de C11H5F5O2Fe, qui représente un groupe de sept qubits. Puis elle a mis au point des techniques qui permettent d'interagir en restant isolées du monde extérieur suffisamment longtemps pour leur donner la bosse des maths. «Décohérence». Les molécules ont été placées dans une éprouvette contenant un solvant, puis introduits dans un appareil de RMN. Après une heure et demie de bombardements magnétiques, leur soupe de milliards de milliards de molécules a rendu son verdict: pour obtenir quinze, il faut multiplier trois par cinq. «C'est vrai que cela paraît très simple, avoue Lieven Vandersypen, de l'université de Delft (Pays-Bas) qui, étudiant à Stanford, a participé aux travaux chez IBM. C'est une étape très symbolique pour un calcul à la portée de tout le monde. Mais il a une forte signification pour les physiciens.» C'est en effet la première application concrète d'un modèle établi en 1994 par Peter Shor (AT & T), qui a jeté les bases du traitement d'erreur dans le calcul quantique. «Pendant longtemps, on pensait qu'il serait impossible de faire un tel système, même simple», raconte Lieven Vandersypen. Juchés sur les lois de la physique, les scientifiques pensaient qu'un phénomène, baptisé «décohérence», empêcherait de conserver des qubits le temps des expériences et détruirait tout résultat avant d'avoir pu le mesurer. Mais depuis les travaux de Shor, les as du calcul quantique ont compris qu'aucune loi de la physique ne les empêcherait de progresser. Puce. Pourquoi avoir choisi le 15? «Il fallait un nombre impair. Les nombres pairs sont plus faciles à traiter puisqu'il suffit de les diviser par deux pour simplifier le problème, explique Vandersypen. Mais, à aucun moment, notre connaissance de la réponse n'a influé sur l'ordinateur.» De plus, 15 est le premier nombre impair de plus d'un chiffre qui n'est pas premier (1), celui qui demande le moins de puissance pour être factorisé. Le prochain sur la liste est le 21. «Il faudra encore beaucoup de progrès, avoue le scientifique néerlandais. Probablement être capable de manipuler 13 ou 14 qubits.» Car s'il est facile d'ajouter des bits dans les puces électroniques, chaque qubit nouveau dans une éprouvette quantique accroît les risques d'erreur. Et c'est là que réside tout le défi à relever par l'ordinateur quantique. Pour corriger les erreurs de calcul et les incertitudes, on ajoute des informations supplémentaires qui permettent de vérifier les résultats. A charge pour les scientifiques de maîtriser suffisamment leur art pour que chaque ajout ne vienne pas bouleverser le fragile édifice. Ne cherchez pas de puce quantique dans les ordinateurs de bureau qui seront commercialisés dans vingt ou trente ans. Le calcul quantique ne sera jamais aussi simple que le fonctionnement des puces électroniques. «Il serait très utile pour factoriser les grands nombres», confie Lieven Vandersypen. Des nombres hors de portée des supercalculateurs les plus puissants, qui sont utilisés pour protéger les précieux codes secrets. Mais, pour le chercheur, l'une des premières applications de l'ordinateur quantique pourrait être la mise au point d'ordinateurs... électroniques plus puissants. «Plus la technologie des transistors se miniaturise, plus elle s'approche des dimensions où les effets quantiques se manifestent. L'ordinateur quantique serait donc le moyen idéal pour simuler le fonctionnement de puces ultra-miniaturisées.». (1) Un nombre qui n'est divisible que par lui-même et par un. |
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