Par Phil Mercer BBC News, Sydney
il y a 2 heures
Légende image, Parcours de carrière de Liam Hall, de la mécanique diesel à la biotechnologie quantique
Ayant grandi dans une ferme australienne, Liam Hall était un mécanicien « gras et éraflé aux jointures », mais ces dernières années, sa carrière a pris une tournure plus technique.
Il est actuellement directeur de la biotechnologie quantique au CSIRO, l’agence scientifique nationale australienne.
« J’ai un parcours un peu inhabituel. J’ai toujours voulu devenir mécanicien diesel. Après avoir fait cela pendant un certain temps, j’ai décidé d’étudier l’ingénierie à l’université. « Cela m’a appris la physique, puis la physique quantique. décrire, c’était comme des montagnes russes », dit-il.
Son équipe développe une technologie de diagnostic utilisant des microcapteurs constitués de minuscules bandes de diamant d’environ 50 nanomètres (environ 1 000 fois plus fines qu’un cheveu humain) pour tester les niveaux de fer chez les patients que j’expérimente.
Les méthodes actuelles surveillent une protéine appelée ferritine, qui est le mécanisme de stockage du fer dans l’organisme. Bien que la surveillance de la ferritine soit un bon moyen de mesurer le fer, il est plus précis de mesurer les niveaux réels de fer dans les protéines.
Une façon d’y parvenir consiste à mesurer les minuscules champs magnétiques produits par le fer. Cependant, cette approche présente un problème majeur.
»[The magnetic field] Il est complètement petit et en dehors de la plage de mesure des magnétomètres et microscopes traditionnels », explique le Dr Hall.
Mais les capteurs quantiques nanométriques de Hall peuvent détecter et mesurer ces minuscules champs.
À l’avenir, a-t-il déclaré, la technologie pourrait permettre de développer des indicateurs précoces de certaines maladies, comme la surveillance de certaines hormones et protéines pouvant indiquer un cancer.
« L’avantage des systèmes quantiques a toujours été la très bonne sensibilité et la facilité avec laquelle l’identification chimique peut être réalisée à un coût bien inférieur », explique le Dr Hall.
Source de l’image, Université de Chicago
Légende image, Des chercheurs du monde entier travaillent sur la technologie quantique.
Le Dr Hall participe à la poussée mondiale en faveur du développement de la technologie quantique. Le Royaume-Uni, la Chine, les États-Unis et d’autres pays tentent tous de tirer parti des étranges propriétés de la mécanique quantique.
« Le quantum représente l’une des opportunités de croissance les plus prometteuses d’Australie, créant de nouveaux marchés et de nouvelles applications », a déclaré le professeur Bronwyn Fox, scientifique principal du CSIRO.
La mécanique quantique est née au début du XXe siècle de l’étude des plus petits objets de la nature. Les scientifiques pensent que cette technologie pourrait potentiellement élargir notre compréhension de l’univers et résoudre des problèmes complexes à la vitesse de l’éclair.
La gamme d’applications semble vaste. Des progrès 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 qui alimentent les voitures et des avions conçus pour transporter des marchandises qui réduisent les émissions et atténuent les embouteillages routiers.
L’un des objectifs de la recherche quantique est d’exploiter le pouvoir des particules subatomiques pour stocker et traiter des données.
Alors que l’informatique classique utilise généralement des bits (0 et 1), les ordinateurs quantiques utilisent des qubits, qui peuvent exister sous forme de 0, de 1 ou d’une combinaison des deux en même temps.
C’est là que les choses peuvent devenir un peu bizarres, les particules peuvent exister dans plusieurs états en même temps (c’est ce qu’on appelle la superposition), et elles peuvent également s’emmêler les unes dans les autres (intrication).
« Le principe de superposition quantique, associé à un autre phénomène quantique appelé intrication, nous permet d’effectuer des calculs tout simplement impossibles avec les ordinateurs conventionnels. Cela pourrait potentiellement changer le monde. Cela ouvre la possibilité d’effectuer des calculs très surprenants », explique le professeur. Andrew Zurak de l’Université de Nouvelle-Galles du Sud.
« Imaginez le nouveau coronavirus ou une autre terrible pandémie. Une fois que vous avez compris sa structure moléculaire (ce qui peut être fait à l’aide de techniques de laboratoire standard), vous pouvez alors accéder à un ordinateur quantique pour déterminer si le virus calcule comment créer des molécules qui attaquent spécifiquement.
« Ce problème peut être résolu en un jour, au lieu des six ou neuf mois qu’il a fallu aux meilleurs biologistes et intellectuels pharmaceutiques de la planète pour trouver un vaccin contre le coronavirus. »
Le Dr Mohamed Usman, chef d’équipe chez Data 61, une société du CSIRO, affirme que la puissance de l’informatique quantique vient du phénomène naturel de l’intrication.
C’est complexe et pas facile à comprendre. Des particules spéciales (souvent des photons ou des grains de lumière) peuvent se trouver à deux endroits en même temps et rester fortement couplées, même si elles ne sont pas physiquement couplées.
L’évaluation honnête du Dr Usman est la suivante : « Je pense que personne au monde ne comprend complètement les bases de l’intrication. »
Pourrait-il y avoir un Internet quantique ? Les données sont transmises via des fibres optiques utilisant des particules de lumière, ce qui rend les écoutes clandestines et le piratage presque impossibles.
Source de l’image, Université de Chicago
Légende image, Le professeur David Orshalom a construit un réseau quantique de 200 km à la Pritzker School of Molecular Engineering de Chicago.
Aux États-Unis, l’Université de Chicago a construit l’un des plus longs réseaux quantiques du pays. Il mesure environ 200 km (124 miles) de long et s’étend.
David Awschalom est professeur de la famille Liu d’ingénierie moléculaire et de physique à la Pritzker School of Molecular Engineering de l’Université de Chicago. Il est également le directeur fondateur du Brock Quantum Technology Hub de l’université, qui devrait créer 30 000 emplois quantiques et générer 60 milliards de dollars pour l’économie d’ici 2035. Il s’agit d’une collaboration avec des experts d’Australie, d’Inde, du Japon, des Pays-Bas et d’Israël.
« Nous avons étendu la distance à laquelle des messages quantiques sécurisés peuvent être envoyés sur des kilomètres de fibre souterraine », explique-t-il.
« Mais il y a de grands défis à relever. Par exemple, dans l’informatique quantique, maintenir la cohérence quantique, ce qui signifie garder les systèmes quantiques intacts, et détecter et corriger les erreurs causées par la décohérence. » Nous travaillons sur des correctifs et maintenons l’évolutivité, ce qui signifie augmenter le nombre de qubits dans un système quantique afin que nous puissions résoudre des problèmes plus complexes.
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Légende image, Les ordinateurs quantiques promettent de résoudre des problèmes pour lesquels les ordinateurs conventionnels ne sont pas adaptés.
Des années de recherches minutieuses nous attendent, mais l’avenir semble se rapprocher rapidement de nous.
« L’intelligence artificielle quantique est l’un des domaines de recherche clés de notre équipe. L’apprentissage automatique et l’intelligence artificielle nécessitent des calculs extrêmement intensifs, et l’informatique quantique promet une puissance de calcul », explique le Dr Usman du CSIRO.
« Par exemple, avec des voitures autonomes et des drones survolant des champs de bataille avec des armes mortelles, pouvons-nous faire confiance à l’intelligence artificielle ? Ce que nous avons découvert, c’est qu’en intégrant l’informatique quantique à l’intelligence artificielle, nous pouvons la rendre extrêmement fiable. Cela signifie que nous sera en mesure de créer un système hautement fiable et fiable », a-t-il déclaré.
« Mon rêve deviendra réalité lorsque les ordinateurs quantiques à grande échelle seront disponibles et que nous pourrons exécuter les algorithmes quantiques que je développe pour trouver des solutions à des problèmes qui n’ont pas encore été trouvés, ce qui révolutionnera tout. »
