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Eviter de perdre l'information

Dossier - L'ordinateur quantique

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Le concept d'ordinateur quantique concerne à la fois la théorique classique de l'information, l'informatique et la physique quantique. Nous allons tenter de résumer en quelques pages non seulement le concept d'ordinateur quantique mais également le sujet plus complexe de la théorique quantique de l'information, un passionnant voyage dans la technologie de l'avenir.

  
DossiersL'ordinateur quantique
 

Aujourd'hui l'un des problèmes majeurs de l'informatique, outre les effets quantiques qui deviennent sensibles, c'est la dissipation de chaleur par les composants. De nos jours la température de la majorité des CPU Intel ou Motorola les plus rapides dépasse allègrement les 80°C ! Pour éviter qu'ils ne surchauffent ils doivent être refroidis (ventilés ou par circulation d'un bain d'huile) sous peine de "planter" l'ordinateur.

Emission thermique d'un processeur rapide conçu par Sierra Pacific Corp. Evitez de le toucher lorsque l'ordinateur fonctionne car sa température peut dépasser 80°C ! © SPC - Tous droits de reproduction interdit

L'ordinateur quantique présente un problème similaire bien que son origine soit différente. En effet, même si les ordinateurs quantiques ne présentent pas réellement de limites en vitesse de calcul ou en capacité mémoire, en revanche, un autre problème surgit : celui de la perte d'information en cours de calcul par décohérence.

En effet, les physiciens considèrent que pour fonctionner le plus rapidement possible, les opérations effectuées par un ordinateur quantique doivent être réversibles : les données entrées doivent par exemple être déductibles des résultats. Un calcul irréversible signifie une perte d'information que l'on peut assimiler à une dissipation de chaleur dont l'effet limitera les performances de l'ordinateur.


En 1976, Charles H. Bennett d'IBM démontra qu'il était possible de fabriquer un ordinateur universel, la fameuse machine de Turing, en utilisant uniquement des portes réversibles. En exprimant un programme en terme d'opérations sur des primitives réversibles il prouva que le traitement n'était pas significativement plus lent.

Cela aboutit à la porte de Toffoli dont les entrées sont entièrement déductibles des sorties.

Notons que le signe

représente une addition modulo 2 (par ex.: 1 1 = 0)