Les systèmes quantiques simulent directement les interactions entre électrons et noyaux, ce qui permet de modéliser
la structure moléculaire avec un niveau de précision impossible en classique.
Dans le domaine pharmaceutique, la découverte de nouvelles molécules médicamenteuses repose sur la capacité à prédire
l’énergie et la géométrie des molécules. Un algorithme quantique comme VQE (Variational Quantum Eigensolver) converge
vers l’état fondamental d’une molécule en optimisant des paramètres classiques couplés à des circuits quantiques.
Ces simulations accélèrent la recherche de matériaux supraconducteurs, photovoltaïques ou catalyseurs, en testant
en silico des millions de configurations atomiques.
Le gain de temps s’observe dès que le nombre d’électrons devient trop important pour une méthode classique. Des études
indiquent un avantage dès 20 à 30 qubits pour certains problèmes ciblés.
Les défis pratiques incluent la fidélité des portes quantiques et la correction d’erreurs pour des systèmes volumineux.
On utilise aujourd’hui des simulateurs hybrides, combinant CPU/GPU et QPU (Quantum Processing Unit).
Malgré les progrès, la généralisation à des molécules biologiques complexes reste un horizon lointain, nécessitant plusieurs
centaines de qubits logiques et une architecture évolutive.
Cryptographie Quantique
D’une part, les algorithmes quantiques comme Shor factorisent des nombres entiers exponentiellement plus vite qu’un algorithme
classique, menaçant RSA et ECC.
D’autre part, la cryptographie quantique exploite l’intrication et l’incertitude de la mesure pour établir des
clés secrètes inviolables, via des protocoles comme BB84.
Le protocole BB84 envoie des photons polarisés entre deux parties. Toute tentative d’écoute modifie les états et est détectée
immédiatement, garantissant la sécurité de l’échange.
Des réseaux de distribution de clés quantiques (QKD) sont déjà expérimentés sur des kilomètres de fibres optiques, et des
liaisons satellitaires sont en cours de test.
La QKD ouvre la voie à un internet quantique où les communications sont protégées par les lois mêmes de la physique.
Illustration du protocole de distribution quantique de clé (BB84) : Alice envoie des photons polarisés, Bob les mesure avec différents filtres. Une clé est ensuite reconstruite grâce aux correspondances des bases.
Optimisation et IA
Beaucoup de problèmes industriels (planification, routage, allocation de ressources) sont NP‑difficiles. L’algorithme de Grover
offre un speedup quadratique pour la recherche non structurée.
Les algorithmes quantiques d’optimisation (QAOA) alternent entre phases quantiques et classiques pour exploiter la structure
du problème.
En apprentissage automatique, les réseaux de neurones quantiques injectent des qubits dans les paramètres du modèle, créant
potentiellement des architectures plus expressives.
Des bibliothèques comme PennyLane ou Qiskit facilitent le prototypage de ces modèles sur simulateurs ou QPU réels.
Les premiers résultats montrent des gains de performance sur certains petits jeux de données, mais la généralisation et la
robustesse restent des défis ouverts.
