Quand l’ordinateur quantique révolutionnera la santé

L’ordinateur quantique, qui présente des capacités de calcul décuplées par rapport aux ordinateurs traditionnels, permettra de résoudre des problèmes d’une grande complexité dans le domaine de la santé.

Lorsqu’on parle du futur de la santé, on pense à la médecine préventive, à la médecine sur-mesure, à l’automatisation de certaines opérations chirurgicales par des robots, au croisement des données du patient pour mieux établir son profil, et enfin à toutes les nouvelles applications qui permettent de suivre au quotidien l’état de son corps.

On pense moins à la capacité de calcul des ordinateurs. Pourtant, c’est grâce à l’explosion de cette capacité (suivant la loi de Moore) que l’on est arrivé à séquencer l’ADN. De la même manière, derrière le projet européen « Human Brain Project » se cachent des supercalculateurs capables de compiler une quantité astronomique de données. La prochaine révolution devrait donc venir des ordinateurs quantiques, dont les promesses pour la médecine sont énormes.

L'optimisation pour la santé 

Avec sa capacité de calcul extraordinaire, l’ordinateur quantique permet de résoudre des problèmes d’une très grande complexité. Notamment les problèmes d’optimisation. Dans le domaine de la santé, l’ordinateur quantique permettra ainsi de « rendre plus facile l’analyse de l’information génétique, ou de répertorier le patrimoine génétique des individus », explique à L’Atelier Murray Thom, Directeur des services aux professionnels de l’entreprise D-Wave, une des premières à avoir développé des applications commerciales d’ordinateur quantiques.  « Les chercheurs pourront utiliser ces informations pour établir des options de traitement plus facilement, » poursuit-il.                                          D-Wave identifie deux applications des ordinateurs quantiques pour la santé : la radiothérapie et le repliement des protéines.  

« Des analyses plus complètes pour de meilleurs traitements en radiothérapies »

  La radiothérapie est le traitement le plus répandu contre le cancer. Elle se fonde sur l’utilisation des radiations pour détruire les cellules cancéreuses en bloquant leur capacité à se multiplier. Dans la pratique, « lorsqu’ils utilisent un accélérateur linéaire de particules, les médecins doivent déterminer la meilleure dose possible, l’intensité des radiations et le point spécifique où le faisceau doit être dirigé » souligne Murray Thom, « tout en minimisant les effets secondaires sur la patient ».

Aujourd’hui, ce genre de calcul est fait par un dosimétriste qui utilise des logiciels sophistiqués pour établir le meilleur traitement possible. Le logiciel utilisé ne fonctionne pas de manière optimale car il existe trop de variables à prendre en compte. Et ni ces logiciels ni les ordinateurs ordinaires n’ont la capacité de tester toutes les solutions possibles.

C’est là qu’intervient l’ordinateur quantique. Il cherche le meilleur traitement possible avec un nombre très important de paramètres. Il permet donc d’atteindre un résultat plus précis, mais surtout, en théorie, beaucoup plus rapidement.

D-Wave a ainsi déjà conduit une étude initiale avec le Roswell Park Cancer Center, reconnu pour être à la pointe de la recherche en radiothérapie.

« Comprendre la structure des protéines »

Les protéines sont les éléments constituants de la vie. Elles sont faites de composants chimiques qui se replient sur eux-mêmes pour former des structures en trois dimensions. C’est la structure comme la composition des protéines qui en détermine la fonction. Des protéines qui sont mal « pliées » sont souvent associées à une malformation de cette même protéine.

Si la composition chimique des protéines est plutôt connue, leur structure l’est moins en raison du nombre extrêmement élevé de possibilités. Une meilleure compréhension du repliement des protéines permettra donc de mieux comprendre la vie, d’élaborer de nouvelles thérapies et de nouveaux médicaments.

De la même manière que précédemment, un ordinateur quantique est capable en théorie de tester simultanément un grand nombre de possibilités de repliement, identifier les plus prometteuses et les tester beaucoup plus rapidement que n’importe quel ordinateur « normal ».

Ainsi, en collaboration avec l’Université de Harvard, D-Wave a développé une technique qui permet de schématiser les modèles de repliement des protéines (les dernières recherches indiquent en effet que la nature optimise la séquence d’acides aminés pour créer la protéine la plus stable).  

Et donc, c'est pour quand tout ça ?

En attendant ce jour (qui viendra lorsque le problème de décohérence aura été résolu) D-Wave a déjà collaboré avec Google, la NASA et l’USRA pour mettre en place le « Quantum Artificial Intelligence Lab », mais aussi avec Lockheed Martin, qui a acheté une machine de D-Wave et l’a installée à son « Information Science Institute ».

Gageons que les physiciens finiront enfin par comprendre quelque chose à la mécanique quantique !

Qu’est-ce que c’est, exactement, un ordinateur quantique ?

Le physicien Richard Feynman disait : « Si vous croyez comprendre la mécanique quantique, c’est que vous ne la comprenez pas ». Belle entrée en matière pour décortiquer le fonctionnement des ordinateurs quantiques.  

A la différence d’un ordinateur traditionnel, qui résout les problèmes l’un après l’autre, en séquence, l’ordinateur quantique peut résoudre de multiples problèmes en même temps. Ainsi, si un ordinateur traditionnel possède une mémoire composée de bits, chaque bit pouvant prendre la valeur 1 ou la valeur 0 (c’est le langage binaire), un ordinateur quantique possède lui des qbits. Un qbit peut soit représenter la valeur 1, soit 0, soit une superposition des deux. L’ordinateur quantique permet en effet le calcul en parallélisme.

Prenons deux bits d’un ordinateur classique. Ceux-ci peuvent, en séquence (c’est-à-dire de manière non simultanée) prendre les valeurs suivantes : 0-0 ; 0-1 ; 1-0 ; 1-1. L’ordinateur quantique peut prendre simultanément l’ensemble de ces valeurs. C’est-à-dire réaliser quatre opérations avec deux qbits, lorsque l’ordinateur classique n’en réalise que deux avec deux bits. Pour les plus matheux d’entre vous, de manière générale, avec N qbits, un ordinateur quantique peut être dans une superposition de 2^N états. Et résoudre autant de problèmes simultanément.