Vous savez que les états possibles d'un atome, par exemple, sont quantifiés. C'est à dire discrets, distincts. On peut arbitrairement décider que le niveau fondamental d'un atome représentera un 0 et que le premier niveau suivant représentera un 1. Ainsi, chaque atome se transforme en chiffre d'un nombre binaire.
Un ordinateur classique fait des calculs avec des transistors. Mais s'il dispose de 4 transistors, il pourra écrire un seul nombre de 4 chiffres dessus.
Avec quatre atomes, on peut écrire un nombre de 4 chiffres (en binaire, toujours, donc ca fait tous les entiers de 0 à 15 dessus). Mais les 4 atomes forment un objet quantique. Il a donc des propriétés spéciales. Et la plus intéressante est celle de superposition : on peut en fait écrire à la fois tous les chiffres possibles sur les 4 atomes, de 0 à 15. Les 4 atomes sont alors dans un état superposé. On ne peut pas dire "il y a écrit N sur ces atomes", mais plutôt "il y a 25% du nombre 3, 25% du nombre 7 et 50% du nombre 8".
Avec de très légers tirs lasers bien calculés, sur les atomes, on peut faire des calculs. Sisi ! Mais l'avantage de les faire avec un état superposé, c'est qu'on fait le même calcul sur tous les nombres en même temps ! Alors qu'un ordinateur normal est obligé de faire 16 calculs différents (pour tous les nombres de 0 à 15), l'ordinateur quantique les fait en une seule fois ! On le met dans une superposition égale de tous les nombres, et on lance le calcul ! Il faut faire ensuite très attention de ne pas faire rater le calcul : un état "superposé" est particulièrement fragile, et la moindre perturbation risque de le détruire, par décohérence.
Il n'y a qu'un problème : au moment où il va falloir lire le résultat sur les atomes, vous savez que vous allez gravement perturber le système. Et forcément le réduire à un seul état : sur les 16 calculs qu'il a fait, vous ne pourrez lire qu'un seul résultat. Bref, ainsi, un ordinateur quantique n'est pas plus efficace qu'un ordinateur classique.
Mais pour résoudre certains problèmes, on a parfois besoin de faire beaucoup de calculs intermédiaires, même si le résultat est très simple. Imaginez que pour obtenir un nombre qui vous interesse, il faille faire beaucoup de calculs, mais que les résultats de ces calculs ne vous intéressent pas : alors l'ordinateur quantique est tout indiqué. Il est capable de faire, dans un état superposé, tous les calculs nécessaires. Il contient à la fin de cette première étape tous les résultats. Mais vous ne pouvez pas les lire, sinon vous détruiriez tout. Mais imaginez que l'information qui vous interesse puisse être extraite de tous ces calculs (comme par exemple, la moyenne des résultats). Alors une deuxième étape intervient, qui extrait le résultat intéressant de tous les calculs effectués. Et si c'est un nombre, il peut être "affiché" sur les atomes présents !
Bref, l'ordinateur quantique se présente alors comme une boîte noire : vous avez interdiction de regarder les résultats intermédiaires, codés sous forme d'une superposition quantique, mais vous pouvez quand même accéder au résultat final !
On ne connait pour l'instant que deux problèmes qui puissent ainsi être résolus par un ordinateur quantique : mais l'un d'eux est le décryptage ! Cela signifie que pour le problème extrêmement difficile du décryptage (codes de cartes bleues, par exemple...) les ordinateurs quantiques sont plus puissant que tout ce qui existe à ce jour. Ils sont donc extrêmememnt intéressant, notamment pour l'armée et les services secrets...