C’est quoi un ordinateur Quantique et Comment ça fonctionne ?

Récemment, Google a affirmé avoir atteint la suprématie quantique, c’est la première fois qu’un ordinateur quantique a surpassé un ordinateur traditionnel. Mais qu’est-ce qu’un ordinateur quantique ? Et comment fonctionne-t-il ?

Qu’est-ce qu’un ordinateur quantique ?

Les ordinateurs quantiques sont des machines qui usent des propriétés de la physique quantique pour stocker des données et effectuer des calculs. Cela peut s’avérer extrêmement avantageux pour certaines tâches, où ils pourraient surpasser de loin les performances de nos meilleurs superordinateurs.

Les ordinateurs traditionnels, qui comprennent les Smartphones et les ordinateurs portables, codent les informations sous forme de “bits” binaires qui peuvent être des 0 ou des 1. Dans un ordinateur dit quantique, l’unité de base de la mémoire est un bit quantique ou qubit.

Les qubits sont fabriqués à partir de systèmes physiques, tels que le spin d’un électron ou l’orientation d’un photon. Ces systèmes peuvent se trouver dans de nombreuses dispositions différentes en même temps, une propriété connue sous le nom de superposition quantique. Les qubits peuvent également être inextricablement liés entre eux par un phénomène appelé intrication quantique. Le résultat est qu’une série de qubits peut représenter différentes choses au même moment.

Pour exemple, huit bits suffisent à un ordinateur traditionnel pour représenter tout nombre compris entre 0 et 255. Mais huit qubits suffisent à un ordinateur quantique pour représenter en même temps tous les nombres compris entre 0 et 255. Quelques centaines de qubits intriqués suffiraient à représenter plus de chiffres qu’il n’y a d’atomes dans l’univers.

Quels sont les types d’ordinateurs quantiques ?

Quantum Annealer

Le Quantum Annealer est défini comme le solveur générique des problèmes d’optimisation. Les chercheurs trouvent encore des moyens d’explorer les configurations les plus efficaces parmi les multiples combinaisons possibles de variables. Le Quantum Annealer quantique est toujours considéré comme l’utilisation la moins puissante et la plus limitée de l’informatique quantique.

Analog Quantum Simulations

Les Analog quantum simulators permettent de résoudre des problèmes de physique qui dépassent largement les capacités des systèmes classiques. Les Analog quantum simulators résolvent certains les problèmes les plus difficiles dans le domaine de la biochimie, comme la simulation du repliement d’une protéine. Par exemple, les protéines mal repliées ont tendance à provoquer des maladies comme celles de Parkinson et d’Alzheimer. Par conséquent, avec l’aide du modèle de calcul aléatoire, les chercheurs seront en mesure de tester quels médicaments peuvent être utilisés pour les traitements.

L’ Universal Quantum

Annoncé comme le calcul quantique le plus puissant et le plus utilisé, le calcul universel est le plus difficile à construire. Idéalement, on dit que le calcul universel doit accéder à plus de 100 000 qubits, soit 1M de qubits. À l’heure actuelle, nous pouvons à peine accéder à 129 qubits.

L’objectif ou l’idée principale derrière le calcul universel est de diriger la machine vers n’importe quelle situation de calcul complexe et d’obtenir la meilleure et rapide solution.

Comment fonctionnent les ordinateurs quantiques ?

Au lieu de bits conventionnels, les ordinateurs quantiques utilisent des qubits. Au lieu d’être simplement allumés ou éteints, les qubits peuvent également se trouver dans ce que l’on appelle une “superposition”, c’est-à-dire qu’ils sont allumés et éteints en même temps, ou quelque part sur un spectre entre les deux.

Si vous demandez à un ordinateur normal de trouver la sortie d’un labyrinthe, il essaiera chaque branche à tour de rôle, les éliminant toutes individuellement jusqu’à ce qu’il trouve la bonne. Un ordinateur quantique peut emprunter tous les chemins du labyrinthe en même temps. Il peut contenir l’incertitude dans sa mémoire.

L’autre chose que les qubits peuvent faire s’appelle l’intrication. Normalement, si vous lancez deux pièces de monnaie, le résultat de l’une n’a aucune incidence sur le résultat de l’autre. Elles sont indépendantes. Dans l’intrication, deux particules sont liées entre elles, même si elles sont physiquement séparées. Si l’une d’elles est face, l’autre sera aussi face.

Cela peut être surprenant, et les physiciens ne comprennent toujours pas complètement comment ni pourquoi cela fonctionne ansi. Mais dans le domaine de l’informatique quantique, cela signifie que vous pouvez déplacer des informations, même si elles sont incertaines. Et si vous parvenez à enchaîner plusieurs qubits, vous pouvez vous attaquer à des problèmes qui prendraient des millions d’années à nos meilleurs ordinateurs.

Quelles sont les applications de l’informatique quantique ?

Cette force de pouvoir aller au-delà de deux états fait de l’informatique quantique un candidat intéressant pour le traitement des bases de données, car elle peut vérifier de nombreux enregistrements simultanément. L’intelligence artificielle serait mieux développer en utilisant l’informatique quantique.

Par exemple, Lockheed Martin prévoit d’utiliser son ordinateur quantique D-Wave pour tester un logiciel de pilotage automatique qui est actuellement trop complexe pour les ordinateurs classiques, et Google utilise un ordinateur quantique pour concevoir un logiciel capable de distinguer les voitures des points de repère. L’informatique quantique pourrait également perturber les applications de sécurité et de cryptographie en ligne.

Celles-ci dépendent de grands nombres de clés cryptées qui ne peuvent être décryptées par les ordinateurs traditionnels en essayant toutes les combinaisons possibles, car le processus prendrait un temps insupportable. Toutefois, les capacités de traitement simultané des quanta pourraient supprimer cette protection, de sorte que de nouvelles méthodes de cryptage “résistantes aux quanta” seront nécessaires.

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