Quelques faits a propos de l’informatique quantique

Feb 06, 2020
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Maintenant les réseau de neurones sont sur la crête de la popularité. Ils sont capables d’écrire de la poésie, de conduire une voiture ou de vous aider à choisir les meilleures photos de vacances. De plus, ils étudient aussi seuls! C’est génial, vous ne pouvez pas discuter. Mais en même temps, une technologie est en train d’être développée qui changera les principes habituels de l’informatique. Voyons ce qu’un ordinateur quantique est et d’où vient le chat.

 

Qu’est-ce que c’est que l’informatique quantique?

Les ordinateurs que nous avons l’habitude de faire fonctionner sur des transistors, en utilisant des bits comme unité minimale d’information. Un bit peut être un ou zéro, vrai ou faux. En utilisant des combinaisons de bits, vous pouvez créer des expressions logiques formelles et décrire des algorithmes. Prenant beaucoup de bits, vous pouvez numériser presque tout.

En informatique quantique, la plus petite unité est appelée qubit. Et l’essentiel est que cela puisse être zéro et un à la fois. Selon le principe de superposition, un bit quantique est dans tous les états possibles à la fois. Un exemple de superposition (c’est-à-dire un mélange d’états) est le célèbre chat de Schrôdinger. Jusqu’à ce que nous ouvrions la boîte, le chat peut être également vivant (unité) ou non (zéro). Ce n’est pas facile à comprendre, car la mécanique quantique est, par définition, l’une des parties de la physique les plus difficiles à percevoir. Un de ses principes ne s’appelle pas l’intrication quantique. Mais l’idée générale est qu’en passant de bits à qubits, vous pouvez résoudre certains problèmes des millions de fois plus rapidement, en traitant tous les états possibles en même temps et en ne les triant pas un par un. 50 qubits suffisent pour résoudre tout ce que nous pouvons offrir à de tels ordinateurs.

Supposons que quelqu’un ait besoin de casser la protection cryptographique d’une banque. Pour ce faire, on doit factoriser un nombre à 500 chiffres en facteurs premiers. Un supercalculateur moderne n’aura besoin que de 5 milliards d’années pour le faire. Mais quantum trouvera une solution en quelques secondes et vous pourrez retirer de l’argent de vos comptes. Mais jusqu’à présent, ce n’est pas si simple.

Pourquoi est-ce important?

Les calculs traditionnels sont complètement liés aux puces de silicium. Avec le développement de la technologie, nous pouvons placer plus de transistors de taille plus petite sur la même zone du microprocesseur. C’est cet indicateur qui affecte l’augmentation de la puissance de calcul des nouveaux processeurs. Le fondateur d’Intel, Gordon Moore, a formulé une loi portant son nom, selon laquelle le nombre de transistors double environ tous les deux ans. Mais maintenant, la technologie approche enfin de la limite de Moore, le moment où il est physiquement impossible de réduire la taille du transistor. Au final, l’atome de silicium a une taille de 0,2 nanomètres, et le dernier développement du fabricant de puces taïwanais TSMC (qui travaillent avec AMD et Apple, par exemple) est un processeur de 7 nanomètres. Faire les processeurs plus grands pour accueillir plus de transistors n’est également pas une option, car la vitesse de la lumière impose également ses limites, et les données sur le microcircuit ne peuvent pas depasser ses limites pendant la transmission. Pendant un certain temps, nous allons profiter de l’invention d’algorithmes plus efficaces et du calcul parallèle. Mais un ordinateur quantique est jusqu’à présent le seul moyen d’empêcher l’augmentation de la puissance de calcul de s’arrêter une fois.

Que faut-il pour cela ?

En réalité, le problème principal consiste à la création du qubit lui-même et en lui fournissant une incertitude quantique garantie, c’est-à-dire l’absence absolue de l’influence de facteurs externes. Après tout, dès qu’au moins quelque chose affecte l’état quantique, la superposition disparaît et le qubit raide devient un bit ennuyeux. Pour le moment, il faut beaucoup d’expérimentation pour trouver le qubit parfait et les conditions qui lui conviennent. Par exemple, avec le moment cinétique d’un électron de telle substance ou telle autre à des températures proches du zéro absolu. Ou avec des ions dans des pièges à vide. Ou avec la production en laboratoire de nouveaux matériaux, qui sont à la fois un supraconducteur et un ferromagnétique (une substance qui détruit l’état d’un supraconducteur à une certaine température) … En bref, le travail est en cours et la possibilité de son succès a déjà été prouvée. Donc, le résultat n’est qu’une question de temps. Très probablement, un ordinateur quantique performant apparaîtra dans les sept ans.

Quel est le piège?

En fait, de nombreuses entreprises ont déjà annoncé la création de prototypes, mais il existe un certain nombre de problèmes:

1. Sont-ils vraiment quantiques? Le paradoxe dudit « chat » est qu’il ne sera plus en superposition dès que nous ouvrirons la boîte pour voir comment il va. Comme il est impossible de vérifier l’état des qubits.

2. Comment peut-on les vérifier? En effet, il est impossible de déterminer si le résultat de l’informatique quantique est correct en utilisant les méthodes traditionnelles. Mais il y a certaines avancées. Vous pouvez trouver un problème qui ne peut être résolu que par l’informatique quantique ou apprendre à se vérifier mutuellement aux ordinateurs quantiques. Et sélectionnez également les tâches à vérifier, dont nous connaîtrons le résultat final. Disons, la numérisation de la structure de nos cellules ADN.

3. Que faire avec un ordinateur quantique? Malheureusement, peu de problèmes ont été inventés jusqu’à présent qui requièrent l’informatique quantique. Cependant, il est déjà évident qu’ils relèvent non seulement des mathématiques et de la physique, mais aussi de la chimie, de la biologie, de l’astronomie et de la sociologie. Donc, s’il y avait un ordinateur, il trouverait du travail.

Si vous voudriez comprendre comment cela fonctionne, consultez le Kit de développement Microsoft Quantum. Il comprend un émulateur d’informatique quantique, le langage Q # a été créé spécialement pour eux et de nombreux documents de référence. Reflechissez quel avenir de la programmation pourra être.

 

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