Un ordinateur quantique est tout dispositif de calcul qui utilise directement des phénomènes mécaniques distinctement quantiques, tels que la superposition et l’enchevêtrement, pour effectuer des opérations sur des données.

Dans un ordinateur classique (ou conventionnel), les informations sont stockées sous forme de bits ; dans un ordinateur quantique, elles sont stockées sous forme de qubits (bits quantiques).

Le principe de base du calcul quantique est que les propriétés quantiques peuvent être utilisées pour représenter et structurer les données, et que des mécanismes quantiques peuvent être conçus et construits pour effectuer des opérations avec ces données. Plus d’informations ici.

Bien que l’informatique quantique n’en soit qu’à ses débuts, des expériences ont été menées dans lesquelles des opérations de calcul quantique étaient exécutées sur un très petit nombre de qubits.

La recherche dans les domaines théorique et pratique se poursuit à un rythme effréné, et de nombreux organismes de financement gouvernementaux et militaires nationaux soutiennent la recherche en informatique quantique pour développer des ordinateurs quantiques à des fins de sécurité civile et nationale, comme la cryptanalyse.

Si des ordinateurs quantiques à grande échelle peuvent être construits, ils seront capables de résoudre certains problèmes à une vitesse exponentielle, plus rapide que n’importe lequel de nos ordinateurs classiques actuels (par exemple l’algorithme de Shor).

Les ordinateurs quantiques sont différents des autres ordinateurs tels que les ordinateurs à ADN et les ordinateurs classiques basés sur des transistors.

Certaines architectures informatiques telles que les ordinateurs optiques peuvent utiliser la superposition classique d’ondes électromagnétiques, mais sans certaines ressources mécaniques spécifiquement quantiques telles que l’enchevêtrement, elles ont moins de potentiel d’accélération de calcul que les ordinateurs quantiques.

La puissance des ordinateurs quantiques et la factorisation des nombres entiers est considérée comme impossible à calculer avec un ordinateur ordinaire pour les grands nombres entiers qui ne sont le produit que de quelques nombres premiers (par exemple, les produits de deux nombres premiers à 300 chiffres).

En comparaison, un ordinateur quantique pourrait résoudre ce problème plus efficacement qu’un ordinateur classique utilisant l’algorithme de Shor pour trouver ses facteurs.

Cette capacité permettrait à un ordinateur quantique de « casser » un grand nombre des systèmes cryptographiques utilisés aujourd’hui, en ce sens qu’il y aurait un algorithme de temps polynomial (en nombre de bits de l’entier) pour résoudre le problème.

En particulier, la plupart des chiffrages à clé publique populaires sont basés sur la difficulté de factoriser des entiers, y compris des formes de RSA.

Celles-ci sont utilisées pour protéger les pages web sécurisées, le courrier électronique crypté et de nombreux autres types de données.

Leur violation aurait des conséquences importantes sur la sécurité et la protection de la vie privée en ligne.

La seule façon d’accroître la sécurité d’un algorithme comme le RSA serait d’augmenter la taille de la clé et d’espérer qu’un adversaire n’ait pas les ressources nécessaires pour construire et utiliser un ordinateur quantique suffisamment puissant.

Il semble plausible qu’il sera toujours possible de construire des ordinateurs classiques qui ont plus de bits que le nombre de qubits du plus grand ordinateur quantique.