Un ordinateur quantique pourrait en un rien de temps inventer un nouveau médicament contre une maladie rare, ou serait capable de dire notre découverte. de l’espace. Il est donc temps de nous immerger dans le monde quantique.
De la mécanique quantique aux ordinateurs quantiques
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En physique, un quantum est la plus petite quantité indivisible d’une quantité qui peut être impliquée dans une interaction. Depuis l’Antiquité, la théorie a toujours été que le monde est composé de petites particules indivisibles. En 400 av. J.-C., le philosophe grec Démocrite avait déjà émis la théorie que le monde est composé d’atomes, ce qui le rendait extrêmement en avance sur son temps.
En 1900, le scientifique Max Planck entame une véritable révolution sans s’en rendre compte lui-même, en suggérant l’idée que l’énergie ne peut exister que dans certaines quantités, ou’quanta’. Il a clairement ouvert la voie à ses collègues parce que cinq ans plus tard, Einstein élargi cette théorie en déclarant que la lumière se compose de plus petites particules d’énergie, ou photons. En 1913, le physicien danois Niels Bohr a présenté sa théorie atomique, toujours basée sur des idées quantiques.
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Le XXe siècle a été celui de la génération Q ; la génération quantique, et a connu plusieurs étapes importantes telles que la découverte de la mécanique quantique en 1925, le premier ordinateur quantique en 1982, et la première téléportation quantique (oui, vous pouvez lire cela bien) d’un seul photon en 1997.
La théorie quantique défie les lois de la logique ; certains scientifiques lui ont donc rapidement donné le dessus. D’autres – comme le physicien Schrödinger – n’en étaient que plus fascinés. En 1935, Erwin Schrödinger développa sa célèbre expérience de pensée avec un chat à la fois mort et vivant, et vingt ans plus tard, le physicien et professeur Hugh Everett développa sa théorie des multivers, créant un nouvel univers chaque fois que nous mesurons la position d’un atome. L’esprit soufflé ? Alors poursuivez votre lecture.
Des géants de la technologie comme IBM et Google, et des start-ups comme Rigetti ne s’intéressent peut-être pas aux mondes alternatifs – bien qu’on ne sache jamais, bien sûr – mais sont déjà fortement engagés dans l’informatique quantique dans une course au tout premier ordinateur quantique universel. IBM a prouvé une fois pour toutes le mois dernier que l’informatique quantique est plus rapide que les systèmes informatiques traditionnels. Cela a peut-être toujours été pensé, mais cela n’a jamais été prouvé. Aha, 1 – 0 donc, ou pas ?
Quod is quantum?
Andrew Bestwick, directeur de l’ingénierie chez Quantumstart-up Rigetti, décrit la technologie quantique d’une manière étonnamment compréhensible : « La technologie quantique décrit les’choses simples autour de nous’. Bestwick fait référence à des choses comme les photons, les électrons et les atomes. « Ce qui est intéressant à propos de ces minuscules particules, cependant, c’est qu’elles ne se comportent pas de la même façon que le monde qui nous entoure.
Les ordinateurs conventionnels traitent l’information au moyen de la présence ou de l’absence de courant électrique. Les « bits » classiques ont deux positions possibles : « on » (1) ou « off » (0). Les transistors peuvent commuter ces bits et former des ports logiques tels qu’un port AND, OR ou NOT. (Et cela a immédiatement rafraîchi toute mon éducation technique au secondaire). En combinant ces ports, nous pouvons calculer tout ce qui peut même être calculé.
L’idée d’appliquer les caractéristiques de la technologie quantique à l’informatique est venue à l’origine du physicien Richard Feynmann, qui en a eu l’idée lumineuse en 1982.
Le premier projet d’ordinateur quantique a été rédigé trois ans plus tard, en 1985, par le physicien allemand David Deutsch, professeur de physique à l’Université d’Oxford. Aujourd’hui, l’informatique quantique repose sur les deux principales caractéristiques de la mécanique quantique : la superposition et l’intrication.
Notes de Kwantum
Superpositie
Au moment de la superposition, un bit quantique, ou qubit, est simultanément un 0 et un 1. Au moment où le qubit est mesuré, par exemple en envoyant le photon à travers un filtre, il mesure soit un 0, soit un 1. Mais tant que le qubit n’est pas observé, il reste dans une accumulation de probabilités pour 0 et 1.
Au moment où le qubit est mesuré, l’accumulation des états s’effondre et fait connaître l’état. C’est cette particularité qui ouvre un monde de nouvelles possibilités dans le domaine de l’informatique.
mainmise
La superposition en soi suggère une plus grande puissance informatique, mais la vraie puissance d’un ordinateur quantique réside dans le fait que les positions des différentes qubits peuvent être entrelacées.
Il en résulte une accumulation de toutes les combinaisons possibles des différentes positions des qubits et, en même temps, une augmentation réelle de la puissance de calcul de l’ordinateur.
L’entrelacement est l’idée que les particules quantiques peuvent être reliées de telle sorte que l’état quantique d’un qubit change automatiquement l’état quantique de l’autre qubit, même si les deux qubits sont séparés par des années-lumière. Einstein l’appelait même « un événement fantomatique à distance ».
Schrödinger l’appelait « la caractéristique déterminante de la théorie quantique ». Toutefois, pour Einstein, tout cela n’était que laria et apekool, et il a donc supposé que la théorie quantique comme un domaine scientifique était en doute.
Informatique quantique
Un ordinateur quantique fait un usage pratique des deux propriétés les plus importantes de la mécanique quantique. Tout d’abord, l’ordinateur calcule tous les résultats possibles d’un problème en utilisant la superposition. L’ordinateur applique alors le principe de l’enchevêtrement pour supprimer le nombre de répétitions.
Processeur quantique 8-qubit de Rigetti
Lorsque deux qubits s’emmêlent, vous pouvez les manipuler en même temps. Cela signifie que seulement 8 qubits en superposition ou enchevêtrement peuvent représenter n’importe quel nombre de 0 à 255 à la fois.
Pour l’informatique quantique, il est important de savoir combien de qubits enchevêtrés un ordinateur peut gérer en même temps, car c’est aussi une indication de la puissance de l’ordinateur. Actuellement, le record est de 14 qubits, qui a été atteint en 2011 par le groupe Rainer Blatt à l’Université d’Innsbruck en Autriche. Maintenir ce nombre de qubits stables en même temps est une étape importante car les qubits perdent rapidement leurs caractéristiques particulières.
Perte de qualité quantique
L’un des plus grands obstacles de l’informatique quantique est le temps de cohérence, ou combien de temps les qubits peuvent conserver leurs caractéristiques quantiques. Actuellement, ce n’est pas très long et les qubits perdent leurs caractéristiques quantiques à cause de la moindre interférence. Une température un peu trop élevée ou un tapotement contre le qubit peut déjà le sortir de son état quantique.
Cependant, à des températures extrêmement froides, les caractéristiques de la théorie quantique ne deviennent vraiment claires : les molécules ne se heurtent plus les unes aux autres, mais leurs ondes mécaniques quantiques s’étendent et commencent à se chevaucher.
Cependant, le zéro absolu est pratiquement impossible à atteindre et maintenir les particules suffisamment froides est très difficile et nécessite une infrastructure appropriée. C’est l’un des principaux obstacles pratiques à la technologie quantique.
Kwantuminfrastructuur
Comme un ordinateur conventionnel, un ordinateur quantique commence avec une puce. Dans le cas d’un ordinateur quantique, il s’agit bien sûr d’une puce quantique. Les qubits supraconducteurs sont d’autres éléments constitutifs importants d’un ordinateur quantique.
Il s’agit en fait d’un métal dans une puce de silicone, qui est construite de telle manière que le métal devient supraconducteur à des températures extrêmement froides. De cette façon, tous les électrons peuvent circuler sans résistance électrique. Ceci est nécessaire parce que les puces sont extrêmement sensibles ; une substance peut déjà les déséquilibrer.
On utilise également un résonateur, une sorte de micrologiciel qui envoie des signaux au qubit, et qui est sensible à l’état du qubit. Pour certaines entreprises comme Rigetti, c’est un moyen pratique de lire rapidement et efficacement l’état du qubit, sans avoir à le mesurer.
Kwantumalgoritmen
Les promesses de la technologie quantique reposent principalement sur deux algorithmes. Le premier algorithme dit quantique a été développé en 1994 par le mathématicien Peter Shor, et a été appelé « l’algorithme Shor ».
L’algorithme de Shor permet à un ordinateur quantique de trouver les nombres premiers de n’importe quel nombre en un rien de temps, ce que les ordinateurs classiques prendraient beaucoup plus longtemps puisqu’ils essaient d’abord de diviser le nombre donné par tous les nombres premiers possibles.
Cependant, un ordinateur quantique effectue tous ces calculs simultanément. Le monde de la cybersécurité tient son cœur, car la plupart des méthodes modernes de cryptage reposent sur le fait que les ordinateurs classiques ne sont pas très efficaces pour l’affacturage, c’est-à-dire pour trouver tous les nombres premiers d’un nombre donné.
Un autre algorithme commun, et au moins aussi intéressant, est celui du physicien Lov Grover, qu’il a développé deux ans après celui de Shor. L’algorithme de Grover permet à un ordinateur quantique de rechercher à la vitesse de l’éclair des ensembles de données gigantesques et offre certainement beaucoup de potentiel pour l’avenir en termes d’IA.
Kwantumcloud
Quiconque pense que l’informatique quantique est réservée exclusivement aux ordinateurs gigantesques et spacieux en vaut la peine. Start-up Rigetti a, tout comme Amazon, lancé cette année ses services Quantum Cloud Services.
Selon Chad Rigetti, fondateur et PDG de Rigetti, leur plate-forme quantique est « la première architecture pour les services de cloud quantique ». Avec cette promesse, Rigetti attire des clients de la biotechnologie et de la chimie qui étudient des molécules complexes afin de développer de nouveaux médicaments.
Comme IBM, Rigetti permet également aux développeurs de logiciels d’accéder à leur centre de données quantiques. Rigetti invite activement tous ses utilisateurs à demander l’accès gratuit à leurs systèmes de volume.
La start-up basée à Berkeley a fixé un prix de 1 million de dollars pour ceux qui peuvent inventer une application de technologie quantique qui donne au monde quantique un avantage concurrentiel sur les ordinateurs conventionnels. « Nous voulons nous concentrer sur la facilité d’utilisation commerciale et l’applicabilité de ces machines, car c’est en fin de compte la raison d’être de cette entreprise « , explique M. Rigetti.
