Qu’est-ce que l’informatique quantique ?
L’informatique quantique utilise la mécanique quantique pour traiter de grandes quantités d’informations à des vitesses incroyablement élevées. Les ordinateurs quantiques mettent des minutes à des heures à résoudre des problèmes que les ordinateurs de bureau mettent des années ou des décennies à résoudre.
L’informatique quantique jette les bases d’une nouvelle génération de superordinateurs. Ces ordinateurs quantiques promettent de surpasser les technologies existantes dans des domaines tels que la modélisation, la logistique, l’analyse des tendances, la cryptographie et l’intelligence artificielle.
L’informatique quantique expliquée
L’idée de l’informatique quantique a été proposée pour la première fois au début des années 1980 par Richard Feynman et Yuri Manin. Feynman et Maning soutiennent que les ordinateurs quantiques peuvent simuler des données d’une manière que les ordinateurs de bureau ne peuvent pas. Ce n’est qu’à la fin des années 1990 que les chercheurs ont construit le premier ordinateur quantique.
L’informatique quantique utilise la mécanique quantique, comme la superposition et l’intrication, pour effectuer des calculs. La mécanique quantique est une branche de la physique qui étudie des choses très petites, isolées ou extrêmement froides.
L’unité de traitement principale de l’informatique quantique est le bit quantique ou bit quantique. Les qubits sont créés dans des ordinateurs quantiques en utilisant les propriétés mécaniques quantiques d’atomes individuels, de particules subatomiques ou de circuits supraconducteurs.
Les qubits sont similaires aux bits utilisés par les ordinateurs de bureau en ce sens qu’ils peuvent être dans un état quantique 1 ou 0. Les qubits sont différents en ce sens qu’ils peuvent également être dans une superposition d’états 1 et 0, ce qui signifie qu’un qubit peut représenter à la fois un 1 et un 0.
Lorsque les qubits sont dans un état de superposition, les deux états quantiques sont additionnés pour créer un autre état quantique. L’empilement signifie traiter plusieurs calculs en même temps. Par conséquent, deux qubits peuvent représenter quatre nombres en même temps. Les ordinateurs conventionnels ne traitent que les bits qui sont dans l’un des deux états possibles (1 ou 0) et traitent un calcul à la fois.
KissCC0.com/CC0
Les ordinateurs quantiques utilisent également l’intrication pour traiter les qubits. Lorsqu’un qubit est intriqué, l’état de ce qubit dépend de l’état de l’autre qubit, donc un qubit révèle l’état de sa paire non observée.
Les processeurs quantiques sont au cœur des ordinateurs
La création de qubits est une tâche ardue. Un environnement gelé est nécessaire pour maintenir un qubit pendant une durée quelconque. Le matériau supraconducteur nécessaire à la création des qubits doit être refroidi au zéro absolu (environ moins 272 degrés Celsius). Les qubits doivent également être protégés du bruit de fond pour réduire les erreurs de calcul.
L’intérieur de l’ordinateur quantique ressemble à un lustre en or de fantaisie. Et, oui, il est fait d’or véritable. C’est un réfrigérateur à dilution qui refroidit les puces quantiques afin que les ordinateurs puissent créer des qubits de superposition et d’intrication sans perdre aucune information.
James Kid/CC0/PublicDomainPictures.net
Les ordinateurs quantiques fabriquent ces qubits en utilisant n’importe quel matériau aux propriétés mécaniques quantiques contrôlables. Les projets d’informatique quantique créent des qubits de différentes manières, par exemple en enveloppant des fils supraconducteurs, en faisant tourner des électrons et en capturant des impulsions d’ions ou de photons. Ces qubits n’existent qu’à des températures inférieures au point de congélation produites dans des réfrigérateurs à dilution.
Langage de programmation informatique quantique
Les algorithmes quantiques analysent les données et fournissent des simulations basées sur les données. Ces algorithmes sont écrits dans un langage de programmation orienté quantique. Plusieurs langages quantiques ont été développés par des chercheurs et des entreprises technologiques.
Voici quelques langages de programmation informatique quantique :
- QISKit: Le kit logiciel d’information quantique d’IBM est une bibliothèque complète pour écrire, simuler et exécuter des programmes quantiques.
- interroger#: langage de programmation inclus dans le kit de développement Microsoft Quantum. Le kit de développement comprend un simulateur quantique et une bibliothèque d’algorithmes.
- cirque: Un langage quantique développé par Google qui utilise des bibliothèques Python pour écrire des circuits et exécuter ces circuits dans des ordinateurs et des simulateurs quantiques.
- forêt: Un environnement de développement créé par Rigetti Computing pour écrire et exécuter des programmes quantiques.
pour l’informatique quantique
Les véritables ordinateurs quantiques ne sont apparus que ces dernières années, et seules quelques grandes entreprises technologiques possèdent des ordinateurs quantiques. Certaines de ces entreprises technologiques incluent Google, IBM, Intel et Microsoft. Ces leaders technologiques travaillent avec des fabricants, des sociétés de services financiers et des sociétés de biotechnologie pour résoudre une variété de problèmes.
Recherche IBM/CC BY 2.0/Flickr
Les progrès de la disponibilité des services informatiques quantiques et de la puissance de calcul ont donné aux chercheurs et aux scientifiques de nouveaux outils pour trouver des solutions à des problèmes auparavant insolubles. L’informatique quantique réduit le temps et les ressources nécessaires pour analyser de grandes quantités de données, créer des simulations sur ces données, développer des solutions et créer de nouvelles techniques pour résoudre les problèmes.
Les entreprises et l’industrie utilisent l’informatique quantique pour explorer de nouvelles façons de faire des affaires. Voici quelques projets d’informatique quantique qui pourraient profiter aux entreprises et à la société :
- L’industrie aérospatiale utilise l’informatique quantique pour rechercher de meilleures façons de gérer le trafic aérien.
- Les entreprises financières et d’investissement espèrent utiliser l’informatique quantique pour analyser le risque et le rendement des investissements financiers, optimiser les stratégies de portefeuille et résoudre les problèmes de transformation financière.
- Les fabricants adoptent l’informatique quantique pour améliorer leurs chaînes d’approvisionnement, accroître l’efficacité des processus de fabrication et développer de nouveaux produits.
- Les sociétés de biotechnologie explorent des moyens d’accélérer la découverte de nouveaux médicaments.
Trouvez des ordinateurs quantiques et menez des expériences d’informatique quantique
Certains informaticiens ont développé des moyens de simuler l’informatique quantique sur des ordinateurs de bureau.
Bon nombre des plus grandes entreprises technologiques du monde proposent des services quantiques. Lorsqu’ils sont associés à des ordinateurs de bureau et à des systèmes, ces services quantiques créent un environnement dans lequel le traitement quantique à l’aide d’ordinateurs de bureau peut résoudre des problèmes complexes.
- IBM fournit à l’environnement IBM Q un accès à plusieurs ordinateurs quantiques réels et à des simulations que vous pouvez utiliser via le cloud.
- Alibaba Cloud fournit une plate-forme cloud d’informatique quantique sur laquelle vous pouvez exécuter et tester un code quantique personnalisé.
- Microsoft fournit un kit de développement quantique qui inclut le langage de programmation Q#, des simulateurs quantiques et des bibliothèques de développement pour du code prêt à l’emploi.
- Rigetti dispose d’une première plate-forme cloud quantique qui est actuellement en version bêta. Leur plate-forme est préconfigurée avec leur SDK Forest.
L’avenir de l’informatique quantique
Le rêve est que les ordinateurs quantiques résolvent des problèmes qui sont actuellement trop gros et trop complexes pour être résolus à l’aide de matériel standard, en particulier dans la modélisation environnementale et le contrôle des maladies.
Les ordinateurs de bureau n’ont pas l’espace nécessaire pour exécuter ces calculs complexes et effectuer des analyses de données aussi massives. L’informatique quantique collecte la plus grande quantité de mégadonnées et traite ces informations en une fraction du temps qu’il faudrait sur un ordinateur de bureau. Les données qu’un ordinateur de bureau prend des années à traiter et à analyser prennent des jours pour un ordinateur quantique.
L’informatique quantique en est encore à ses balbutiements, mais elle a le potentiel de résoudre les problèmes mondiaux les plus complexes à la vitesse de la lumière. Jusqu’où ira l’informatique quantique et la disponibilité des ordinateurs quantiques est une énigme.
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