Société de l’information

Une autre physique de l’Univers

Pionnier des sciences de l’information, Jozef Gruska est avant tout un théoricien qui cherche à dépasser les frontières tant géographiques que celles des idées. Professeur à l’Université Masaryk de Brno (CZ), ses travaux l’amènent à côtoyer des chercheurs du monde entier et à dépasser les paradigmes classiques pour développer une science de l’information intégrant les grands domaines scientifiques. La convergence de la physique quantique et des sciences du traitement de l’information est au cœur de cette démarche.

Jozef Gruska - «La science de l’information quantique est le mariage entre les deux domaines scientifiques les plus importants du 20ème siècle, l’informatique et la physique quantique. Il serait très surprenant que cette alliance n’ait pas d’importantes conséquences.»

L’informatique quantique fait parler d’elle régulièrement depuis quelques décennies. Où en est-on exactement?

Quand les premiers concepts théoriques d’ordinateurs quantiques sont apparus en 1985, à peine une douzaine de spécialistes s’y sont réellement intéressés. C’est seulement entre 1993 et 1996 que cette discipline a reçu une attention particulière avec, entre autres, la découverte de la téléportation quantique et la conception de codes de correction d’erreur pour lutter contre son ennemi numéro un: la décohérence.

Aujourd’hui, les progrès réalisés vont bien au-delà de ce qu’auraient pu rêver les pionniers des années ‘90, mais la réalité reste encore très éloignée des espoirs portés par certains. Même si les découvertes se succèdent, les difficultés restent considérables. Aujourd’hui, les processeurs expérimentaux se limitent à une dizaine de qubits. Il est probable que des progrès significatifs soient prochainement réalisés. Les technologies susceptibles de les porter ne sont pas encore clairement identifiées, mais les perspectives s’orientent vers des supports à l’état solide: des semiconducteurs ou des supraconducteurs.

Le domaine de la cryptographie quantique montre des résultats considérables. Des systèmes de cryptographie quantique sont déjà commercialisés et offrent une sécurité qualifiée d’inconditionnelle: le niveau de sécurité n’est pas dépendant de la puissance de calcul de la machine tentant de forcer la clé, ce qui n’est pas le cas des systèmes classiques actuels. Cependant, la sécurité informatique est un domaine fort complexe en pleine évolution. Je serais assez tenté de reprendre le point de vue avancé par le cryptographe Adi Shamir il y a quelques années au sujet de la sécurité: «Nous avons gagné de nombreuses batailles, mais nous perdrons la guerre.» Le rôle que jouera la cryptographie quantique dans cette guerre est une question largement ouverte…

L’introduction des concepts de la mécanique quantique dans les sciences de l’information constitue-t-elle une révolution?

Ces concepts, comme l’intrication quantique, sont déjà difficilement compatibles avec la vision issue de la physique classique que nous avons du monde. Einstein ne pouvait accepter les principes d’intrication et d’action non locale. Les sciences de l’information quantique tentent de les exploiter et nous commençons tout juste à découvrir ce que sont ces mystérieuses propriétés du monde quantique.

Dans le domaine des communications, l’utilisation de l’intrication est une avancée impressionnante, comme le montre le concept de téléportation quantique. Plus généralement, l’intrication permet de réaliser ce qui n’est pas faisable dans le monde classique. Combiné au principe de superposition, il induit aussi des idées surprenantes. Par exemple, un «calcul quantique» se résume à une série de mesures. Une mesure positionne le processeur pour initialiser les valeurs d’entrée possible. Une autre vient simuler un circuit quantique qui «réalise le calcul», et une troisième récupère le résultat. Calculer revient donc à mesurer, une idée impensable dans le monde classique.

L’informatique quantique bouleverse les théories qui fondent aujourd’hui les sciences de l’information. Des fonctions, considérées par les théories classiques comme difficiles voire impossibles à calculer, pourraient devenir facilement calculables pour les sciences de l’information quantique. Les recherches en cours dans ce domaine promettent encore de nombreuses découvertes et personne ne sait vraiment sur quoi elles déboucheront. Ce fut déjà le cas avec les sciences de l’information classiques dont personne ne pouvait estimer l’impact et les avancées il y a 50 ans. La science de l’information quantique est le mariage entre les deux domaines scientifiques les plus importants du 20ème siècle, l’informatique et la physique quantique. Il serait très surprenant que cette alliance n’ait pas d’importantes conséquences.

L’informatique quantique va-t-elle remplacer sa grande sœur classique?

Sans doute personne ne considère-t-il aujourd’hui l’informatique quantique comme une alternative à l’informatique classique ouvrant la voie d’une génération radicalement nouvelle d’ordinateurs. Il s’agit plutôt d’améliorer les machines actuelles par le biais de machines hybrides. Un résultat théorique intéressant mentionne qu’ajouter un seul qubit à un modèle d’automate fini (le modèle théorique d’un ordinateur) donnerait naissance à un automate hybride beaucoup plus puissant que son équivalent classique. Une version quantique de la loi de Moore, qui prévoit un doublement de la puissance des ordinateurs tous les 18 mois, pourrait être que le nombre de qubits augmente d’une unité sur la même période. Dans ce cas, la puissance serait effectivement doublée…

Cette fusion entre mécanique quantique et sciences de l’information a-t-elle un impact sur la façon dont les physiciens entrevoient leur science et la nature?

La physique et les sciences de l’information sont deux fenêtres pour tenter de comprendre notre Univers. La première s’intéresse à l’organisation de la matière, la seconde au traitement de l’information qu’elle peut véhiculer. Les relations entre ces deux mondes ne sont ni simples ni évidentes. Les philosophes ont longuement débattu sur la dualité «matière-esprit». Sa forme moderne serait peut-être «matière-information». J. A. Wheeler, un des collaborateurs d’Einstein, n’hésitait pas à dire que sa vie de physicien fut divisée en trois périodes. Durant la première, tout était particules. Pendant la seconde, tout devint champs. La troisième fut porteuse d’une nouvelle vision de la physique où tout devint alors information. Peut-être la nature de l’information est-elle la clé d’une vision unifiée du monde physique pour laquelle la mécanique quantique serait un moyen de description pertinent. Les sciences de l’information quantique offrent à la physique de nouveaux concepts, modèles, outils, images et paradigmes pour amener une meilleure compréhension du monde quantique et de sa physique.

Un autre objectif, plus technique, consiste à apprendre à isoler, manipuler et transmettre des particules. Beaucoup de domaines scientifiques pourraient en bénéficier dans leurs tentatives d’appréhender la nature au plus profond d’elle-même, au niveau quantique.

Comment se positionne la recherche européenne dans ce domaine?

Globalement, le travail est bon. Je dirais même très bon par rapport à ce qui est fait en physique classique. Néanmoins, l’accent est principalement mis sur le côté «quantique» et moins sur l’aspect «traitement de l’information». La recherche dans ce domaine est menée comme l’est la recherche européenne en général: avec un large point de vue et en produisant un abondant savoir. Il manque néanmoins les structures de pilotage comme savent les mettre en place les Américains… et aussi les moyens pour attirer les meilleurs chercheurs mondiaux.

François Rebuffat


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