Le défi de l'informatique quantique

Contenu

• Réalité Quantique
• La fabrication d'un bit quantique
• Pas de bugs, pas de stress - Votre guide étape par étape pour créer un logiciel qui change la vie sans vous détruire
• À quel point sommes-nous?
• Conclusion

Source: Rcmathiraj / Dreamstime.com

À emporter:

Examinez de plus près l'informatique quantique, son fonctionnement et son potentiel futur.

"Si vous pensez comprendre la physique quantique, vous ne comprenez pas la physique quantique." Cette citation est attribuée au physicien Richard Feynman, mais on ignore s'il l'a réellement dite. Voici une citation plus fiable de Feynman, parue dans une publication du MIT de 1995: "Je pense pouvoir affirmer sans risque que personne ne comprend la mécanique quantique."

Réalité Quantique

Maintenant que nous avons réglé ce problème, voyons s’il ya quelque chose que nous sachions. La mécanique quantique est étrange. Ces petites particules au niveau quantique ne se comportent tout simplement pas comme prévu. Les choses sont différentes là-bas.

Des choses folles se passent dans l'univers quantique. Il y a le hasard intrinsèque, l’incertitude, l’enchevêtrement. Tout semble un peu fort.

Nous savons maintenant que les atomes et les particules subatomiques agissent comme s’ils étaient connectés. Einstein a appelé l'intrication quantique «action fantasmagorique à distance». Imaginons deux objets physiquement séparés, mais qui se comportent de la même manière, ils ont les mêmes propriétés et agissent comme un seul. Imaginons maintenant que ces deux objets se trouvent à 100 000 années-lumière de distance. Bizarre en effet.

Il y a plus. Le principe d'incertitude en mécanique quantique indique que certaines propriétés des particules ne peuvent tout simplement pas être connues. Ajoutez à cela le problème de la décohérence, qui a quelque chose à voir avec l'effondrement de la fonction d'onde. Et les versions de l'expérience à double fente semblent suggérer qu'un objet quantique peut se trouver à deux endroits à la fois, que l'observation change la nature des particules subatomiques ou que les électrons semblent avoir remonté dans le temps.

Vous voyez maintenant pourquoi la construction d’un ordinateur quantique peut être un tel défi. Mais cela n’empêche pas les gens d’essayer. (Pour plus d'informations sur l'informatique quantique, voir Pourquoi l'informatique quantique pourrait être le prochain tournant dans le Big Data Highway.)

La fabrication d'un bit quantique

Le problème avec l'incertitude est que cela rend le calcul difficile. La cible est toujours en mouvement. Et même si vous développez un système mathématique, comment corrigez-vous les erreurs? Et vous pensiez que le binaire était difficile.

«Un qubit est un système mécanique quantique qui, dans certaines circonstances, peut être traité comme n’ayant que deux niveaux quantiques», déclare le professeur Andrea Morello de l’Université de New South Wales en Australie. "Et une fois que vous avez cela, vous pouvez l'utiliser pour encoder des informations quantiques."

Pas de bugs, pas de stress - Votre guide étape par étape pour créer un logiciel qui change la vie sans vous détruire

Vous ne pouvez pas améliorer vos compétences en programmation lorsque personne ne se soucie de la qualité des logiciels.

Plus facile à dire qu'à faire. Les ordinateurs quantiques actuels ne sont pas encore très puissants. Ils essaient encore de trouver les bonnes bases.

Un bit quantique, également connu sous le nom de qubit, a exponentiellement plus de potentiel que le bit classique en calcul numérique binaire. Une particule élémentaire peut être dans plusieurs états simultanément, une qualité appelée superposition. Alors qu'un bit classique peut être dans l'un des deux états (un ou zéro), un qubit peut être dans ces deux positions en même temps.

Pensez à une pièce de monnaie. Il a deux côtés: la tête ou la queue. Une pièce de monnaie est binaire. Mais imaginez que vous jetez la pièce en l'air et qu'elle continue à tourner indéfiniment. Pendant qu’il se retourne, est-ce que c’est la tête ou la queue? Que sera-t-il s'il devait jamais atterrir? Comment pouvez-vous quantifier la pièce retournée? C’est une faible tentative d’illustration de la superposition.

Alors, comment faites-vous un qubit? Eh bien, si les physiciens quantiques ne comprennent pas la mécanique quantique, nous pourrions difficilement gérer une explication adéquate ici. Réglons-nous pour une liste restreinte de technologies testées pour créer des qubits:

• Circuits supraconducteurs
• Spin Qubits
• Pièges à ions
• Circuits photoniques
• Tresses topologiques

Les plus populaires sont les deux premiers. Les autres sont des sujets de recherche universitaire. Dans la première technique, les supraconducteurs sont surfondus pour éliminer les interférences électromagnétiques. Mais les temps de cohérence sont relativement courts et les choses se détériorent. Le professeur Morello travaille sur la technique de rotation. Les particules quantiques ont une charge électrique, tout comme les aimants. En utilisant des impulsions hyperfréquences, il est capable de faire tourner un électron plutôt que de le descendre, créant ainsi un transistor à un seul électron.

Il reste ensuite la question de la tolérance aux pannes et de la correction des erreurs. Des chercheurs de l'Université de Californie à Santa Barbara ont réussi à atteindre un taux de fidélité de 99,4% avec leurs portes qubit. Ils ont obtenu une fidélité de porte de 99,9% à l’Université d’Oxford. Alors sommes-nous encore là?

À quel point sommes-nous?

Edwin Cartlidge pose cette question dans un article d'octobre 2016 pour Optics & Photonics News. En 2015, l'ETSI a averti les entreprises qu'elles devraient basculer vers des techniques de chiffrement «quantum safe» devraient vous indiquer que quelque chose se profile à l'horizon.

Google, Microsoft, Intel et IBM sont tous dans le match. L’un des seuils que Google cherche à atteindre est ce qu’ils ont appelé «la suprématie quantique». Il est utilisé pour décrire le point auquel un ordinateur quantique fait quelque chose qu’un ordinateur classique ne peut pas faire.

IBM prévoit de déployer un ordinateur quantique «universel» en 2017, selon David Castelvecchi de Scientific American. Surnommé «IBM Q», il s'agira d'un service en nuage disponible sur Internet moyennant des frais. Vous pouvez avoir un aperçu de leur travail en essayant leur expérience Quantum, désormais disponible en ligne. Mais Castelvecchi affirme qu'aucun de ces efforts n'est aussi puissant que les ordinateurs conventionnels. La suprématie du quantum n'a pas encore été établie.

Comme Techopedia l'a signalé en 2013, une fois développé, Google offre de nombreuses applications pour un ordinateur quantique mature. Microsoft travaille sur l'informatique quantique topologique. Plusieurs startups sont en train de monter en puissance et de nombreux travaux sont en cours sur le terrain. Mais certains experts préviennent que le plat n'est peut-être pas encore complètement cuit. «Je ne fais aucun communiqué de presse sur l'avenir», déclare Rainer Blatt de l'Université d'Innsbruck en Autriche. Et le physicien David Wineland a déclaré: "Je suis optimiste à long terme, mais ce que" à long terme "signifie, je ne le sais pas." (Voir 5 choses géniales que pourrait faire l'ordinateur Quantum.)

Même lorsque la suprématie de l’informatique quantique est atteinte, ne cherchez pas à remplacer votre ordinateur portable de si tôt. Les ordinateurs quantiques, comme leurs homologues binaires au début, peuvent simplement être des dispositifs spécialisés dédiés à des objectifs spécifiques. L'une des utilisations les plus sensées serait de faire simuler par un ordinateur quantique la mécanique quantique. Outre les opérations informatiques intensives telles que les prévisions météorologiques, l'utilisation de l'informatique quantique peut être centralisée et limitée au cloud. Bien sûr, c'est peut-être l'endroit idéal pour cela.

Conclusion

Le professeur Morello a clairement identifié le principal défi de l'informatique quantique. Avant de pouvoir commencer à coder des informations, vous devez être capable d’établir deux niveaux quantiques discrets avec le qubit. Une fois atteint, l'informatique quantique "vous donne accès à un espace de calcul exponentiellement plus grand" qu'un ordinateur classique. Un ordinateur quantique, par exemple, avec 300 qubits (N qubits = 2^N bits classiques) serait capable de traiter plus de bits d’information qu’il n’ya de particules dans l’univers.

C’est beaucoup de bits. Mais aller d'ici à là va prendre un peu de temps.