Qu'est-ce qu'un ordinateur quantique ?
What is a quantum computer?
A quantum computer is a computer that exploits quantum mechanical phenomena. At small scales, physical matter exhibits properties of both particles and waves, and quantum computing leverages this behavior using specialized hardware. Classical physics cannot explain the operation of these quantum devices, and a scalable quantum computer could perform some calculations exponentially faster than any modern "classical" computer. In particular, a large-scale quantum computer could break widely used encryption schemes and aid physicists in performing physical simulations; however, the current state of the art is still largely experimental and impractical.

The basic unit of information in quantum computing is the qubit, similar to the bit in traditional digital electronics. Unlike a classical bit, a qubit can exist in a superposition of its two "basis" states, which loosely means that it is in both states simultaneously. When measuring a qubit, the result is a probabilistic output of a classical bit. If a quantum computer manipulates the qubit in a particular way, wave interference effects can amplify the desired measurement results. The design of quantum algorithms involves creating procedures that allow a quantum computer to perform calculations efficiently.

Physically engineering high-quality qubits has proven challenging. If a physical qubit is not sufficiently isolated from its environment, it suffers from quantum decoherence, introducing noise into calculations. National governments have invested heavily in experimental research that aims to develop scalable qubits with longer coherence times and lower error rates. Two of the most promising technologies are superconductors (which isolate an electrical current by eliminating electrical resistance) and ion traps (which confine a single atomic particle using electromagnetic fields).

Any computational problem that can be solved by a classical computer can also be solved by a quantum computer. Conversely, any problem that can be solved by a quantum computer can also be solved by a classical computer, at least in principle given enough time. In other words, quantum computers obey the Church–Turing thesis. This means that while quantum computers provide no additional advantages over classical computers in terms of computability, quantum algorithms for certain problems have significantly lower time complexities than corresponding known classical algorithms. Notably, quantum computers are believed to be able to solve certain problems quickly that no classical computer could solve in any feasible amount of time—a feat known as "quantum supremacy." The study of the computational complexity of problems with respect to quantum computers is known as quantum complexity theory.
Un ordinateur quantique est un ordinateur qui exploite les phénomènes de la mécanique quantique. À petite échelle, la matière physique présente des propriétés à la fois de particules et d'ondes, et l'informatique quantique exploite ce comportement à l'aide de matériel spécialisé. La physique classique ne peut pas expliquer le fonctionnement de ces dispositifs quantiques, et un ordinateur quantique évolutif pourrait effectuer certains calculs exponentiellement plus rapidement que n'importe quel ordinateur "classique" moderne. En particulier, un ordinateur quantique à grande échelle pourrait casser des systèmes de cryptage largement utilisés et aider les physiciens à effectuer des simulations physiques ; cependant, l'état actuel de la technique est encore largement expérimental et peu pratique.

L'unité d'information de base de l'informatique quantique est le qubit, semblable au bit de l'électronique numérique traditionnelle. Contrairement à un bit classique, un qubit peut exister dans une superposition de ses deux états "de base", ce qui signifie en gros qu'il se trouve dans les deux états simultanément. Lorsqu'on mesure un qubit, le résultat est une sortie probabiliste d'un bit classique. Si un ordinateur quantique manipule le qubit d'une manière particulière, les effets d'interférence des ondes peuvent amplifier les résultats de mesure souhaités. La conception d'algorithmes quantiques consiste à créer des procédures qui permettent à un ordinateur quantique d'effectuer des calculs de manière efficace.

L'ingénierie physique de qubits de haute qualité s'est avérée difficile. Si un qubit physique n'est pas suffisamment isolé de son environnement, il souffre de décohérence quantique, ce qui introduit du bruit dans les calculs. Les gouvernements nationaux ont investi massivement dans la recherche expérimentale visant à développer des qubits évolutifs avec des temps de cohérence plus longs et des taux d'erreur plus faibles. Deux des technologies les plus prometteuses sont les supraconducteurs (qui isolent un courant électrique en éliminant la résistance électrique) et les pièges à ions (qui confinent une seule particule atomique à l'aide de champs électromagnétiques).

Tout problème de calcul qui peut être résolu par un ordinateur classique peut également l'être par un ordinateur quantique. Inversement, tout problème pouvant être résolu par un ordinateur quantique peut également l'être par un ordinateur classique, du moins en principe, si l'on dispose de suffisamment de temps. En d'autres termes, les ordinateurs quantiques obéissent à la thèse de Church-Turing. Cela signifie que si les ordinateurs quantiques n'offrent pas d'avantages supplémentaires par rapport aux ordinateurs classiques en termes de calculabilité, les algorithmes quantiques pour certains problèmes ont une complexité temporelle nettement inférieure à celle des algorithmes classiques connus correspondants. En particulier, on pense que les ordinateurs quantiques sont capables de résoudre rapidement certains problèmes qu'aucun ordinateur classique ne pourrait résoudre en un temps raisonnable, un exploit connu sous le nom de "suprématie quantique". L'étude de la complexité de calcul des problèmes par rapport aux ordinateurs quantiques est connue sous le nom de théorie de la complexité quantique.
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