- Par Phil Mercer
- BBC News, Sydney
Crédit photo, CSIRO
Ayant grandi dans une ferme en Australie, Liam Hall était un mécanicien "aux articulations grasses et éraflées", mais ces dernières années, sa carrière a pris une tournure plus technique.
Il est aujourd'hui responsable de la biotechnologie quantique au CSIRO, l'agence scientifique nationale australienne.
"J'ai un parcours un peu bizarre. J'ai toujours voulu être mécanicien diesel. Après avoir fait cela pendant un certain temps, j'ai voulu faire des études d'ingénieur à l'université. C'est ainsi que j'ai découvert la physique, puis la physique quantique. Les montagnes russes sont une bonne façon de décrire mon parcours", explique-t-il.
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Son équipe a mis au point des technologies de diagnostic, expérimentant des microcapteurs fabriqués à partir de minuscules lamelles de diamant d'une taille d'environ 50 nanomètres (environ 1 000 fois plus fines qu'un cheveu humain) pour tester les niveaux de fer des patients.
Les méthodes actuelles contrôlent une protéine connue sous le nom de ferritine, le mécanisme de stockage du fer dans l'organisme. Bien que le contrôle de la ferritine soit un bon moyen de mesurer le fer, il serait plus précis de mesurer les niveaux réels de fer à l'intérieur de la protéine.
Une façon de le faire serait de mesurer les minuscules champs magnétiques générés par le fer. Mais cette approche pose un gros problème.
"Le champ magnétique est minuscule et ne peut être mesuré par aucun magnétomètre ou microscope traditionnel", explique le Dr Hall.
Cependant, les capteurs quantiques à l'échelle nanométrique du Dr Hall peuvent détecter ces champs minuscules et les mesurer.
Il estime qu'à l'avenir, cette technologie pourrait permettre de détecter rapidement une maladie particulière, notamment en surveillant certaines hormones ou protéines susceptibles d'indiquer la présence d'un cancer.
"L'avantage des systèmes quantiques a toujours été qu'ils permettent d'obtenir une sensibilité beaucoup plus grande et une identification plus facile des produits chimiques à un coût beaucoup plus faible", explique le Dr Hall.
Crédit photo, Université de Chicago
Le Dr Hall s'inscrit dans une dynamique mondiale de développement des technologies quantiques. La Grande-Bretagne, la Chine, les États-Unis et d'autres pays tentent tous d'exploiter les propriétés étranges de la mécanique quantique.
"Le quantique est l'une des opportunités de croissance les plus prometteuses pour l'Australie - une chance de créer de nouveaux marchés, de nouvelles applications", a déclaré le scientifique en chef du CSIRO, le professeur Bronwyn Fox.
La mécanique quantique est apparue au début du XXe siècle à partir de l'étude des plus petit* objets de la nature. Les scientifiques pensent qu'elle a le potentiel d'élargir notre compréhension de l'univers et de résoudre des problèmes complexes à la vitesse de l'éclair.
L'éventail des applications semble vaste : des avancées dans le domaine des sciences de l'environnement et de la décarbonisation à la cybersécurité et aux nouveaux médicaments. Il pourrait y avoir des molécules qui "mangent le carbone" et l'éliminent de l'atmosphère, des batteries quantiques pour alimenter les voitures, des avions conçus pour réduire leurs émissions et une logistique des transports pour réduire les encombrements routiers.
L'une des ambitions de la recherche quantique est d'exploiter la puissance des particules subatomiques pour stocker et traiter des données.
Alors que l'informatique classique utilise généralement des bits (des zéros et des uns), les ordinateurs quantiques utilisent des qubits, qui peuvent exister sous forme de zéros, de uns ou de combinaisons des deux à la fois.
C'est là que les choses deviennent un peu étranges, car les particules peuvent exister dans plusieurs états simultanément (c'est ce qu'on appelle la superposition) et être entrelacées (ou enchevêtrées) les unes avec les autres.
"L'utilisation de ce principe de superposition quantique et d'un autre phénomène quantique connu sous le nom d'enchevêtrement permet d'effectuer des calculs qui sont tout simplement impossibles avec des ordinateurs conventionnels. Cela ouvre la possibilité d'effectuer des calculs tout à fait étonnants qui peuvent changer le monde", explique le professeur Andrew Dzurak, de l'université de Nouvelle-Galles du Sud.
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"Imaginez une nouvelle branche de Covid ou une autre pandémie horrible. Une fois que vous avez compris la structure moléculaire du virus, ce qui peut être fait à l'aide de techniques expérimentales standard, vous passez à l'ordinateur quantique et vous calculez comment fabriquer une molécule qui s'attaque spécifiquement à ce virus.
"On résout le problème en un jour, au lieu des six ou neuf mois qu'il a fallu aux plus grands esprits biologiques et pharmaceutiques de la planète pour mettre au point les vaccins contre le Covid".
La puissance de l'informatique quantique provient de l'enchevêtrement, un phénomène naturel, selon le Dr Muhammed Usman, chef d'équipe à Data 61, une entreprise du CSIRO.
Il s'agit d'un phénomène complexe et difficile à appréhender. Des particules spéciales, souvent des photons ou des taches de lumière, peuvent se trouver à deux endroits en même temps, mais restent fortement connectées même si elles ne sont pas physiquement liées.
"Je dirais que personne au monde ne comprend parfaitement les principes de base de l'intrication", estime honnêtement le Dr Usman.
Pourrait-il y avoir un internet quantique ? C'est tout à fait possible. Les données pourraient être envoyées par des fibres optiques en utilisant des particules de lumière, ce qui rendrait presque impossible l'écoute ou le piratage.
Crédit photo, Université de Chicago
Aux États-Unis, l'université de Chicago a construit l'un des plus longs réseaux quantiques du pays. Il mesure près de 200 km de long et ne cesse de s'étendre.
David Awschalom est professeur de physique et d'ingénierie moléculaire de la famille Liew à la Pritzker School of Molecular Engineering de l'université de Chicago. Il est également le directeur fondateur du Chicago Quantum Exchange (CQE), un consortium basé à l'université de Chicago qui collabore avec des experts en Australie, en Inde, au Japon, aux Pays-Bas et en Israël. Le CQE dirige également le Bloch Quantum Tech Hub, une coalition de partenaires industriels, universitaires, gouvernementaux et à but non lucratif qui espère créer 30 000 emplois quantiques d'ici 2035 et générer 60 milliards de dollars pour l'économie.
"Nous avons étendu la portée de l'envoi de messages quantiques sécurisés à travers plusieurs kilomètres de fibres souterraines", explique-t-il.
"Mais il reste des défis importants à relever. En ce qui concerne l'informatique quantique, par exemple, nous travaillons sur le maintien de la cohérence quantique, c'est-à-dire sur la préservation de l'intégrité d'un système quantique, sur la correction des erreurs, c'est-à-dire sur la détection et la correction des erreurs causées par la décohérence, et sur l'extensibilité, c'est-à-dire sur la possibilité d'augmenter le nombre de qubits dans un système quantique afin de résoudre des problèmes plus complexes."
Crédit photo, Getty Images
Des années de recherche minutieuse nous attendent, mais l'avenir semble se rapprocher à grands pas.
"L'intelligence artificielle quantique est l'un des principaux domaines de recherche de notre équipe. L'apprentissage automatique et l'intelligence artificielle sont très gourmands en ressources informatiques et l'informatique quantique promet une grande puissance de calcul", explique le Dr Usman du CSIRO.
"Par exemple, les voitures autopilotées ou les drones volant sur les champs de bataille avec des armes mortelles. Pouvons-nous faire confiance à l'intelligence artificielle ? Nous avons constaté que l'intégration de l'informatique quantique dans l'intelligence artificielle permet d'obtenir des systèmes très fiables et dignes de confiance", ajoute-t-il.
"Mon rêve deviendrait réalité lorsque des ordinateurs quantiques à grande échelle seraient disponibles et que nous pourrions exécuter les algorithmes quantiques que je développe pour trouver des solutions aux problèmes que nous n'avons pas encore trouvés, ce qui révolutionnerait tout."
