Quels livres pour apprendre l'informatique quantique ? 4 titres dans l'ordre où les lire

Quels livres pour apprendre l'informatique quantique ?

Faites la recherche vous-même et regardez ce qui remonte. Vous trouverez des livres autoédités de trois cents pages vendus comme des cours complets, des livres blancs signés par des cabinets de conseil qui vendent par ailleurs des prestations sur le sujet, et une couche épaisse de vulgarisation qui promet de tout comprendre sans une seule équation. Peu de domaines techniques sont à ce point envahis, et la raison est simple : le mot quantique se vend bien, et presque personne dans le grand public n'est en mesure de vérifier ce qu'on lui raconte.

Il existe pourtant une petite bibliographie francophone solide. Quatre ouvrages, dans un ordre qui suppose que vous partez d'un bagage scientifique modeste mais réel, plus un critère de tri pour trancher devant tout le reste.

Le prérequis dont personne ne parle assez

Commençons par la mauvaise nouvelle, elle vous fera gagner du temps.

L'informatique quantique n'est pas de la physique quantique. Vous n'avez pas besoin de savoir résoudre l'équation de Schrödinger, ni de connaître la structure de l'atome. Vous avez besoin d'algèbre linéaire, et vous en avez besoin sérieusement. Un état de qubit est un vecteur, une porte est une matrice unitaire, un circuit est un produit de matrices, et l'intrication se décrit avec le produit tensoriel. Si ces quatre phrases vous paraissent opaques, la mise à niveau se fait en quelques semaines et elle est indispensable. Notre article sur les livres pour apprendre les mathématiques donne les titres pour ça.

Il faut aussi savoir programmer un peu, en Python de préférence. Pas au niveau d'un développeur professionnel : des fonctions, des boucles, des tableaux, et la capacité d'installer une bibliothèque sans paniquer. Si ce n'est pas encore le cas, prenez d'abord un mois du côté de l'apprentissage de la programmation, le reste ira beaucoup plus vite ensuite.

Voilà le vrai ticket d'entrée. Tout ouvrage qui vous promet de vous en dispenser vous vend autre chose que de l'informatique quantique.

Premier livre : Grégoire Cattan, « Introduction à l'informatique quantique »

Grégoire Cattan, « Introduction à l'informatique quantique. Des fondamentaux à votre première application » (Éditions ENI, collection Datapro, 2024) Voir à la FnacIntroduction à l'informatique quantique. Des fondamentaux à votre première application, de Grégoire Cattan (lien affilié, ouvre un nouvel onglet). Prérequis : la curiosité scientifique et un peu de Python. Les rappels mathématiques sont dans le livre.

Cattan est ingénieur en informatique, docteur en ingénierie cognitive, et il est venu au calcul quantique par la recherche. Le livre progresse selon un principe qu'il annonce lui-même : comprendre, converser, appliquer. On part de l'histoire de la discipline et des expériences fondatrices, on passe par la superposition, l'intrication et la téléportation, et on aboutit à des circuits que vous exécutez sous Qiskit.

Ce qu'il vous apprend précisément : le vocabulaire exact, et la manipulation. Vous saurez ce qu'est une porte de Hadamard, ce que fait une mesure, pourquoi la téléportation quantique ne transporte rien de plus vite que la lumière. Surtout, vous aurez écrit et lancé quelque chose, ce qui change complètement le rapport à la matière.

Ce qu'il ne vous apprend pas : la théorie de la complexité, ni la démonstration complète des grands algorithmes. Le livre reste une entrée. Il assume ce statut, et c'est pour cela qu'il fonctionne comme première marche.

Deuxième livre : Bourreau, Fleury, Lacomme et Torres, « Introduction à l'informatique quantique »

Éric Bourreau, Gérard Fleury, Philippe Lacomme et Jean-Michel Torres, « Introduction à l'informatique quantique. Apprendre à calculer sur des ordinateurs quantiques avec Python » (Eyrolles, avril 2022). Prérequis : l'étape précédente, ou l'algèbre linéaire fraîche.

Quatre auteurs venus de la recherche opérationnelle et de l'enseignement, ce qui oriente tout le livre vers une question précise : que peut-on réellement calculer, et sur quels problèmes. Vous y trouverez l'algorithme de Grover, le calcul adiabatique, l'algorithme QAOA, et une application au problème du voyageur de commerce, plus des rappels de mathématiques et de physique regroupés en fin d'ouvrage.

Ce qu'il vous apprend précisément : à distinguer ce qui relève de l'accélération démontrée et ce qui relève de l'espoir. Le gain quadratique de Grover est prouvé, l'intérêt pratique de QAOA sur des instances réelles reste discuté, et les auteurs le disent. Cette honnêteté est rare et vaut à elle seule la lecture.

Ce qu'il ne vous apprend pas : la correction d'erreurs quantiques, traitée trop brièvement alors que c'est le sujet qui décide de l'avenir de la discipline. Il faudra aller la chercher ailleurs.

Troisième livre : Michel Le Bellac, « Introduction à l'information quantique »

Michel Le Bellac, « Introduction à l'information quantique » (Belin, collection Échelles, 2005) Voir à la FnacIntroduction à l'information quantique, de Michel Le Bellac (lien affilié, ouvre un nouvel onglet). Prérequis réel : les deux étapes précédentes. Malgré son titre, ce n'est pas un livre d'initiation.

Le Bellac est professeur émérite de physique théorique à l'université de Nice, et il écrit ici avec la précision d'un physicien qui a passé sa vie sur le formalisme. Le livre couvre les postulats, la cryptographie quantique, les inégalités de Bell, les portes et les algorithmes, dans un volume court et dense.

Ce qu'il vous apprend précisément : la rigueur. Après les deux premiers ouvrages, vous saurez faire tourner un circuit sans être certain de savoir pourquoi il marche. Le Bellac ferme ce trou. Il traite aussi la décohérence pour ce qu'elle est, le problème physique central, et non comme un obstacle technique qu'on lèvera bientôt.

Ce qu'il ne vous apprend pas : l'état de l'industrie. Le livre date de 2005, il ne connaît ni les processeurs supraconducteurs actuels, ni les atomes neutres, ni les start-up françaises du domaine. Sa partie théorique n'a pas pris une ride, sa partie matérielle appartient à l'histoire des sciences. Lisez-le en le sachant, cette lecture reste la plus formatrice des quatre.

Quatrième livre : Olivier Ezratty, « Understanding Quantum Technologies »

Olivier Ezratty, « Understanding Quantum Technologies » (autoédité, mis à jour chaque année depuis 2021, plus de mille cinq cents pages, téléchargeable gratuitement en PDF ; la première version, « Comprendre l'informatique quantique », était en français et date de 2020) Voir à la FnacUnderstanding Quantum Technologies, de Olivier Ezratty (lien affilié, ouvre un nouvel onglet). Prérequis : rien pour consulter, beaucoup pour lire en continu.

Voici l'exception qui donne le critère. Ce livre est autoédité, il est énorme, il n'a pas d'éditeur pour le filtrer, et c'est pourtant l'ouvrage de référence sur l'écosystème quantique mondial. Ezratty cite ses sources par centaines, date ses affirmations, déclare ses conflits d'intérêts, distingue systématiquement ce qui est démontré de ce qui est annoncé, et republie une version corrigée chaque année parce que le domaine bouge. Les livres blancs de cabinets de conseil ne font aucune de ces quatre choses.

Ce qu'il vous apprend précisément : le paysage. Les différentes technologies de qubits et leurs compromis, l'état de la correction d'erreurs, qui finance quoi, où en sont les revendications d'avantage quantique et lesquelles ont été réfutées ensuite par des simulations classiques. Aucun autre ouvrage ne fait ce travail.

Ce qu'il ne vous apprend pas : à calculer. Ce n'est pas un cours, c'est une encyclopédie. Ne le lisez pas d'un bout à l'autre, gardez-le ouvert à côté des trois autres et consultez les chapitres qui vous concernent. Il est en anglais depuis 2021, ce qui est le seul obstacle sérieux.

Par où ne pas commencer

Quatre erreurs coûtent des mois, et la première est la plus tentante.

N'attaquez pas par Nielsen et Chuang, « Quantum Computation and Quantum Information » (Cambridge University Press, 2000, réédition anniversaire en 2010). C'est la référence académique du domaine, et elle est excellente. Elle s'adresse à des étudiants de niveau master en physique ou en informatique théorique, elle n'a pas de traduction française, et elle est le cimetière habituel des bonnes résolutions. Ce livre est une destination, pas un point de départ.

Écartez ensuite la vulgarisation qui se vante de ne contenir aucune équation. Sur ce sujet précis, la promesse est un aveu. Les métaphores du chat, du multivers et du « tout essayer en même temps » produisent une compréhension fausse, dont il faudra ensuite se défaire. Le parallélisme quantique n'est pas un calcul simultané de toutes les réponses, c'est une interférence organisée pour que les mauvaises s'annulent, et cela ne s'explique pas sans un minimum de formalisme.

Méfiez-vous des livres blancs d'entreprise et des rapports de cabinets. Ils sont souvent bien faits, ils sont gratuits, et ils sont commandés par des acteurs qui vendent des prestations sur le marché qu'ils décrivent. Utilisez-les pour repérer des noms d'entreprises, pas pour vous forger une opinion.

Un dernier cas, plus délicat. « Informatique quantique. De la physique quantique à la programmation quantique en Q# » de Benoît Prieur (Éditions ENI, 2019) est un livre honnête et bien construit, souvent cité dans les listes francophones. Son problème est son choix technique : Q#, le langage de Microsoft, a perdu du terrain face à Qiskit depuis sa parution, et débuter avec lui vous éloigne de la documentation et des cours disponibles. Si vous le lisez, lisez-le pour ses deux premières parties.

Ce que les livres ne feront pas à votre place

Ils ne feront pas tourner un circuit, et c'est là que tout se joue.

Des simulateurs quantiques sont accessibles gratuitement en ligne, et l'accès à du matériel réel existe en libre-service pour des travaux modestes. Écrivez le circuit de téléportation, mesurez, recommencez mille fois, regardez la distribution. Vingt minutes de cette manipulation valent trois chapitres. C'est aussi le moment où la décohérence cesse d'être un mot : vos résultats sur machine réelle ne ressemblent pas à ceux du simulateur, et vous comprenez d'un coup pourquoi la correction d'erreurs occupe des laboratoires entiers.

Un livre ne vous tiendra pas à jour non plus. Le domaine publie vite, et une partie des annonces spectaculaires d'une année sont relativisées l'année suivante. Prenez l'habitude de vérifier la date de toute affirmation sur le matériel, y compris dans les livres que je viens de recommander.

Enfin, aucun ouvrage ne vous dira si votre problème professionnel se prête au calcul quantique. La réponse honnête est presque toujours non, aujourd'hui. Les gens qui travaillent réellement sur ces machines passent leur temps à expliquer cela à des directions enthousiastes, et savoir le dire vous rendra plus crédible que n'importe quelle liste de lectures.

Après ces quatre livres

Vous aurez alors le formalisme, deux ou trois algorithmes compris en profondeur, une pratique de la programmation de circuits et une vue à peu près juste de l'état de l'industrie. C'est déjà davantage que ce dont dispose la plupart des gens qui en parlent en réunion.

La suite dépend de ce qui vous a retenu. Si c'est la physique sous-jacente, poursuivez du côté des livres pour apprendre la physique, où la mécanique quantique se traite pour elle-même. Si ce sont les applications d'optimisation et d'apprentissage automatique, le rapprochement avec les livres pour apprendre l'intelligence artificielle devient naturel, à condition de garder la même méfiance envers les promesses. Et la collection quels livres acheter pour apprendre à applique ce même tri à d'autres disciplines où le bruit dépasse le signal.

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