Ordinateur quantique

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L’augmentation de la puissance de calcul de la technologie est l’une des principales tâches des scientifiques et des ingénieurs. Un ordinateur quantique peut le résoudre. L’appareil est développé par Google, IBM, Intel et d’autres sociétés. Théoriquement, un PC quantique fonctionnera 100 millions de fois plus rapidement que d’habitude.

Qu’est-ce qu’un ordinateur quantique?

CPU

Un tel dispositif informatique ne fonctionne pas avec des bits, mais avec des qubits. De ce fait, un PC quantique est capable de traiter simultanément tous les états possibles d’un objet. Mais en pratique, les superordinateurs effectuent le même nombre d’opérations logiques par minute..

Avantages

Prototype

Le principal avantage de la nouvelle technologie est la supériorité quantique. Il s’agit de la capacité des appareils informatiques à résoudre des tâches inaccessibles aux puissants superordinateurs. Tous les scientifiques ne soutiennent pas l’idée de créer un tel PC. Le principal argument contre cela est l’impossibilité de vérifier l’exactitude de la solution obtenue. Pendant les calculs, l’appareil peut faire une erreur en mélangeant 0 et 1, et il ne sera pas possible d’identifier le problème.

À l’heure actuelle, le principal problème de création de la supériorité quantique est la stabilité des qubits. Ces éléments nécessitent une manipulation soigneuse: des bruits ou vibrations accidentelles entraînent la perte de données que l’ordinateur a pu calculer. Pour un fonctionnement stable de l’équipement, la température ambiante ne doit pas dépasser 20 mK.

Comment fonctionne qubit?

Bit et qubit

Dans les ordinateurs standard, les informations sont représentées en code binaire. Les bits de stockage et de traitement des données prennent les valeurs 0 ou 1. Les transistors effectuent des opérations mathématiques et le résultat de la conversion du code binaire apparaît à l’écran.

Qubit est une unité de stockage d’informations dans un ordinateur quantique. En plus de 0 et 1, il peut être dans un état limite indéfini appelé superposition. Pour obtenir un qubit, vous devez prendre un atome, le réparer et le stabiliser, le protéger des radiations étrangères, vous lier à un autre atome.

Plus ces éléments sont interconnectés, plus le système est stable. Pour dépasser un supercalculateur classique, vous devez lier plus de 49 qubits. Il est très difficile de le faire: les atomes, quels que soient les matériaux utilisés, sont toujours instables.

L’informatique quantique

Exemple de calcul

La théorie dit que sans interaction avec d’autres particules, l’électron n’a pas de coordonnées non ambiguës sur l’orbite atomique. Ce n’est que pendant la mesure que l’incertitude disparaît et que l’emplacement de la particule devient connu.

La nature probabiliste des changements permet d’utiliser l’informatique quantique pour rechercher des bases de données non structurées..

Superposition et obscurcissement

Le fonctionnement de l’ordinateur est basé sur deux phénomènes mécaniques:

  1. Enchevêtrement. Phénomène dans lequel l’état de deux ou plusieurs objets est interdépendant. Par exemple, dans 2 photons dans un état intriqué, l’hélicité sera négative et positive. La relation restera si vous supprimez des objets les uns des autres dans l’espace.
  2. Superposition cohérente. L’impact simultané sur la particule de conditions alternatives (mutuellement exclusives).

Décohérence

Il s’agit d’un processus dans lequel l’état d’un système quantique devient incontrôlable. La décohérence se produit lorsque de nombreux qubits dépendent les uns des autres. Le problème se produit lorsque l’ordinateur interagit avec un rayonnement, des rayons cosmiques ou un champ magnétique..

Différentes méthodes sont utilisées pour protéger les ordinateurs du «roulement» vers les processus informatiques habituels. Les systèmes D-Wave refroidissent les atomes à zéro pour les protéger des influences extérieures. Le processeur quantique est placé dans des coques de protection, donc l’appareil fini est très encombrant.

La probabilité de créer un PC quantique

Comparaison avec le classique

Un qubit ne peut pas être construit à partir de plusieurs particules et seuls les atomes peuvent être dans l’état requis. Par défaut, ces multiples particules sont instables. Des scientifiques chinois et canadiens ont essayé d’utiliser des puces à photons pour développer un ordinateur, mais la recherche a échoué.

Types de PC quantiques existants:

  • dans les cristaux de silicium semi-conducteur;
  • sur les électrons dans les points quantiques semi-conducteurs;
  • dans les microcavités à cavité unique;
  • sur des éléments optiques linéaires;
  • sur les ions dans un cristal unidimensionnel piégé dans Paul.

L’informatique quantique implique une séquence d’opérations qui sont effectuées avec un ou plusieurs qubits, ce qui provoque des changements dans l’ensemble du système. La tâche consiste à choisir parmi tous ses états celui qui donne le résultat des calculs. Il peut y avoir autant d’états que possible, le plus près possible du vrai.

La précision de ces calculs est presque toujours différente de l’unité..

Histoire de la création

Un PC quantique à part entière nécessite des avancées significatives en physique. La programmation devrait être différente de celle qui existe actuellement. Les appareils informatiques quantiques ne seront pas en mesure de résoudre des problèmes qui dépassent le pouvoir des problèmes ordinaires, mais accéléreront les solutions de ceux auxquels ils sont confrontés..

La dernière percée a été la création du processeur Bristlecone par Google. Au printemps 2018, la société a publié une déclaration concernant l’obtention d’un processeur à 72 qubits, mais ses principes de travail n’ont pas été approuvés. On pense que pour atteindre la «supériorité quantique», lorsqu’un PC commence à dépasser l’habituel, 49 qubits seront nécessaires. Google a atteint la condition, mais la probabilité d’erreur de calcul (0,6%) est restée supérieure à la valeur requise.

Où peut-on utiliser les ordinateurs quantiques?

Appareil et fonctions

La cryptographie moderne est basée sur le fait qu’il est impossible de décomposer rapidement un nombre en 40 à 50 caractères. Les ordinateurs classiques prendront 1 à 2 milliards d’années pour cela. Un PC quantique fera ces calculs mathématiques en 25 secondes. Cela signifie que tout algorithme de cryptage peut être instantanément craqué..

Autres applications des dispositifs informatiques quantiques:

  • modélisation de la réaction chimique;
  • Intelligence artificielle;
  • développement de nouveaux médicaments.

Les PC quantiques modernes ne savent pas comment.

Les appareils sont capables d’exécuter un algorithme mathématique avec des performances extraordinaires..

Ils sont acquis par de grandes entreprises, par exemple, pour collecter des statistiques sur les utilisateurs.

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