Les ordinateurs quantiques vont-ils dominer le monde ? Le nouveau chip Majorana 1 de Microsoft

Après 17 ans de recherche, Microsoft a dévoilé son tout premier processeur quantique : Majorana 1. Voici en quoi il consiste — et comment il se compare au chip Willow de Google.

De la taille d’une paume, Majorana 1 pourrait marquer un tournant dans l’histoire de la technologie. Selon Microsoft, son innovation centrale repose sur une particule subatomique révolutionnaire qui a permis de générer un nouvel état de la matière. Le résultat ? Un processeur potentiellement plus puissant que l’ensemble des ordinateurs de la planète réunis.

Mais Microsoft n’est pas le seul géant à investir dans ce domaine. Google, avec son chip quantique Willow, suit une approche totalement différente pour atteindre la supériorité quantique. Alors, qu’est-ce qu’un quantum computer, et comment fonctionne-t-il ? Quelles sont les différences entre ces deux visions ?

Quantum computer: Majorana 1 vs Willow, deux architectures comparées

L’annonce de Microsoft a surpris de nombreux observateurs, et la vidéo de présentation a suscité des réactions partagées. D’un côté, l’enthousiasme face à cette avancée technologique et au saut qu’elle pourrait représenter ; de l’autre, la conscience des implications immenses d’une innovation qui semble repousser les limites de notre compréhension actuelle de l’informatique.

Jusqu’ici, les problèmes impliquant plus de 20 électrons simultanément étaient considérés comme insolubles. Même un superordinateur de la taille de la planète n’aurait pas eu la puissance nécessaire pour calculer les résultats avec précision dans un délai raisonnable.

Microsoft semble pourtant avoir trouvé une solution. Majorana 1 pourrait être la première étape vers des quantum computers capables de traiter des calculs d’une complexité inédite. Et selon l’entreprise, il ne faudra pas attendre des décennies avant que cette technologie ne devienne opérationnelle. Après 17 années de développement, l’équipe de Microsoft semble prête à inaugurer une nouvelle ère du quantum computing.

De son côté, Google a présenté son Willow quantum processor, qui a résolu un benchmark standard en seulement cinq minutes. À titre de comparaison, les développeurs estiment que le superordinateur le plus rapide du monde aurait nécessité 10 septillions d’années (10²⁵) pour accomplir la même tâche.

Si ces prévisions s’avèrent exactes, nous pourrions être beaucoup plus proches qu’on ne le pense d’une transformation radicale de l’informatique — avec des implications majeures pour le chiffrement, la cybersécurité et même l’industrie crypto.

L’avenir est quantique. La vraie question est : sommes-nous prêts ?

Brève introduction à la mécanique quantique : le paradoxe du chat de Schrödinger

Pour comprendre ce qu’est un quantum computer — et comment il fonctionne — il est essentiel de commencer par les bases de la mécanique quantique, la branche de la physique qui étudie les principes régissant la matière et l’énergie à l’échelle la plus infime. Un point de départ classique est le paradoxe du chat de Schrödinger, une expérience de pensée imaginée en 1935 par le physicien Erwin Schrödinger pour illustrer le concept de superposition d’états et montrer à quel point la mécanique quantique peut sembler contre-intuitive lorsqu’elle est appliquée au monde macroscopique.

L’expérience imagine un chat enfermé dans une boîte contenant un dispositif capable de libérer un poison mortel en fonction de la désintégration d’une particule subatomique — un événement régi par les lois probabilistes de la physique quantique. Selon cette théorie, tant que la boîte n’est pas ouverte et que l’état du chat n’est pas observé, le système existe dans une superposition d’états : l’événement peut avoir eu lieu ou non. La conséquence paradoxale est que, du point de vue quantique, le chat est à la fois vivant et mort — du moins jusqu’au moment de l’observation, lorsque le système s’effondre en un seul état.

Pour nous, « simples mortels » habitués aux règles déterministes de la physique classique, cela peut sembler absurde. Pourtant, il s’agit d’un concept fondamental pour comprendre le fonctionnement des quantum computers. Contrairement aux ordinateurs classiques, qui reposent sur la logique binaire (0 et 1), les quantum computers exploitent la superposition, permettant à leurs unités fondamentales — les qubits — d’exister dans plusieurs états simultanément.

Le rôle fondamental des qubits

Il est impossible de comprendre ce qu’est un quantum computer — et comment il fonctionne — sans s’intéresser à son composant de base : le qubit. Dans les ordinateurs classiques, l’unité minimale d’information est le bit, qui ne peut prendre que deux valeurs : 0 ou 1. Dans les quantum computers, l’information est portée par les qubits (quantum bits), un concept introduit par le physicien théoricien Benjamin Schumacher.

Pour comprendre leur fonctionnement, il est utile de se rappeler comment sont construits les chips traditionnels. Ceux-ci reposent sur des transistors, de minuscules dispositifs qui contrôlent le flux du courant électrique. Au fil du temps, les transistors ont atteint des dimensions quasi atomiques :

Comme nous l’avons vu avec le paradoxe du chat de Schrödinger, la mécanique quantique introduit la notion de superposition d’états. Pour simplifier, prenons l’analogie du lancer de pièce :

Combinés à une autre propriété quantique appelée entanglement, les qubits acquièrent la capacité de représenter et de traiter plusieurs possibilités simultanément. Ce parallélisme exponentiel confère aux quantum computers une puissance de calcul potentielle extraordinaire, bien au-delà des limites des ordinateurs classiques.

C’est sur ces principes que Microsoft, Google et d’autres acteurs travaillent à la construction des quantum computers du futur. Microsoft, avec son Majorana 1, mise sur les particules de Majorana, tandis que Google, avec son chip Willow, développe une architecture radicalement différente. Dans les sections suivantes, nous examinerons les différences entre ces deux approches et leur potentiel impact sur la technologie de demain.

Quantum computers : défis et topoconducteurs topologiques

Maintenant que nous avons expliqué les qubits, il est temps d’aborder le principal obstacle à la conception de quantum computers réellement opérationnels : la stabilité. Le matériel actuel souffre d’un problème critique connu sous le nom de quantum noise, qui génère des erreurs et rend les systèmes peu fiables. Plus on ajoute de qubits dans un système, plus celui-ci devient bruyant et difficile à contrôler — notamment parce que le simple fait d’observer un qubit perturbe son état.

Microsoft pense que la solution réside dans la science des matériaux et la conception de chips. Traditionnellement, nous considérons que la matière existe sous trois états : solide, liquide et gazeux. Mais que se passerait-il si nous pouvions concevoir de nouveaux états de la matière ? C’est précisément ce que Microsoft a réussi à faire en travaillant sur la particule de Majorana, théorisée en 1937 par le physicien Ettore Majorana.

Cette particule insaisissable n’existe que dans des conditions quantiques particulières et se comporte comme sa propre antiparticule. Après plusieurs décennies de recherche, Microsoft est parvenu à la stabiliser et à la contrôler, créant ainsi un nouveau matériau baptisé topoconductor : un hybride qui agit à la fois comme semi-conducteur et super-conducteur.

Cette percée a permis de construire un cœur topologique capable d’intégrer des millions de qubits dans un chip de la taille d’une paume.

Microsoft a même développé un chip capable de mesurer la présence de particules de Majorana, ouvrant la voie à la création de topological qubits qui résolvent les problèmes de quantique et de décohérence propres aux architectures quantiques actuelles.

Le processus peut se résumer ainsi :

Contrairement aux chips traditionnels, dans Majorana 1, chaque atome est positionné avec une précision absolue. Plus impressionnant encore, le chip n’utilise pas les électrons pour effectuer des calculs, mais directement les particules de Majorana, qui se comportent comme des demi-électrons.

Willow : le quantum chip de Google

Google a également consacré ces dernières années au développement de son propre quantum processor. Le fruit de ce travail est Willow, un chip doté de fonctionnalités véritablement révolutionnaires.

La principale innovation réside dans la capacité de Willow à corriger les erreurs de qubits. Comme nous l’avons déjà mentionné, les qubits sont extrêmement fragiles : ils interagissent avec leur environnement et génèrent des erreurs qui compromettent les calculs. Pendant des décennies, augmenter le nombre de qubits signifiait amplifier ces erreurs et rendre les systèmes encore plus instables. Willow inverse cette dynamique.En utilisant une grille de qubits encodés (allant de 3×3 à 7×7), combinée à des algorithmes de correction en temps réel, Willow réduit le taux d’erreurs de manière exponentielle à mesure que le nombre de qubits augmente. Par exemple, doubler la taille de la grille divise le taux d’erreurs par deux. Cette avancée a démontré — pour la première fois — qu’il est possible de construire des systèmes quantiques à la fois scalables et fiables, ouvrant ainsi la voie aux quantum computers réellement utilisables.

Willow a également franchi avec succès le Random Circuit Sampling (RCS) benchmark, un test qui mesure la capacité d’un quantum computer à effectuer des calculs impossibles pour des systèmes classiques. À titre de comparaison, un supercomputer comme Frontier aurait besoin de 10 septillions d’années (10²⁵) pour accomplir une tâche que Willow a résolue en moins de cinq minutes.

Que peut-on faire avec des quantum computers ?

L’informatique quantique à grande échelle a le potentiel de transformer en profondeur de nombreux secteurs :

En résumé, le quantum computing n’est pas seulement une évolution technologique : c’est un catalyseur d’innovations transformatrices qui touchera tous les aspects de la vie humaine.

Le quantum computing soulève également des questions critiques concernant la sécurité cryptographique, en particulier dans le domaine des cryptocurrencies.

Aujourd’hui, Bitcoin et la majorité des blockchains reposent sur la cryptographie à courbe elliptique (ECC) pour sécuriser les transactions. Mais avec l’avènement des quantum computers, ces systèmes pourraient devenir vulnérables. Casser une clé ECC 256 bits nécessiterait un quantum computer tolérant aux pannes, doté de millions de qubits physiques. L’algorithme de Shor — capable de briser l’ECC — reste théorique, mais il souligne la nécessité de progrès majeurs dans la correction des erreurs et le matériel quantique.

Microsoft affirme que les applications pratiques de Majorana 1 relèvent de quelques années, et non de décennies. Si cela se confirme, la communauté crypto devra rapidement adopter des systèmes de chiffrement résistants aux attaques quantiques, tels que la lattice-based cryptography.

Le lancement de Majorana 1 par Microsoft et de Willow par Google marque une étape majeure dans la recherche quantique. Si Microsoft parvient à scaler sa technologie, nous pourrions être aux portes d’une révolution scientifique inédite.

L’avenir de l’informatique sera radicalement transformé, avec des implications profondes pour la chimie, l’intelligence artificielle, la cybersécurité et bien plus encore. Bitcoin et les systèmes cryptographiques traditionnels devront s’adapter, mais une chose est claire : l’ère quantique a officiellement commencé.