Obtenir des résultats significatifs à partir d'un ordinateur quantique nécessite ce qui ne peut être décrit que comme un peu de magie.

Les ordinateurs traditionnels, de votre ordinateur de bureau aux superordinateurs construits par IBM lors de sa démonstration, utilisent tous un système de commutateurs pouvant être activés ou désactivés. Nous représentons cet état binaire avec un 1 ou un 0.

Les ordinateurs quantiques sont différents en ce sens qu'ils peuvent être dans ces deux états en même temps. Ces états sont appelés "superpositions".

L'unité de base d'un ordinateur quantique est un bit quantique, ou "qubit", et leur capacité à se trouver dans deux états simultanés est ce qui rend les ordinateurs quantiques si rapides. Cela vous semble plus magique que scientifique? Continuez votre lecture et vous découvrirez que, malgré toute la physique arcanique, un ordinateur quantique fonctionnel pourrait bien être à portée de main.

  • Le passé, le présent et l'avenir de l'IA

L’intérêt porté à la théorie quantique et à son application au calcul résulte en partie des travaux du mathématicien Peter Shor. Il a développé un algorithme permettant de factoriser de grands nombres à l'aide d'un ordinateur quantique.

La vitesse possible de cet algorithme montre le potentiel de la technologie. L'algorithme de Shor est si puissant qu'il promet de déchiffrer le cryptage prétendument étanche que vous et moi utilisons lorsque nous effectuons des opérations bancaires par Internet, chose qu'aucun ordinateur conventionnel n'a approché de près..

En effet, la puissance de traitement potentielle des ordinateurs quantiques dépasse vraiment les esprits. Parce qu'un ordinateur quantique fonctionne essentiellement comme une énorme machine de traitement parallèle, il peut effectuer plusieurs millions de calculs simultanément (alors qu'un ordinateur traditionnel effectue un calcul à la fois, en séquence).

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Un ordinateur quantique à 30 qubits aurait à peu près la même puissance de traitement qu'un ordinateur classique à 10 téraflops par seconde. En revanche, les ordinateurs de bureau actuels fonctionnent à une vitesse d’un gigaflops par seconde.

Écrous, boulons et électrons

Cela sonne bien, alors pourquoi ne les utilisons-nous pas tous? La réponse est qu’à l’heure actuelle, un ordinateur quantique en état de fonctionnement, capable de résoudre les problèmes du monde réel, est toujours à l’étude. Pour voir pourquoi il est si difficile de produire une machine adéquate, il faut revenir à l'essentiel..

Les électrons, les photons et les atomes forment la mémoire et le processeur de l'ordinateur quantique. Ceux-ci comprennent les qubits magiques. Comprendre, construire et manipuler ces qubits est la partie la plus difficile du fonctionnement d’un ordinateur quantique. On pourrait même dire que l'ordinateur quantique existe dans un univers parallèle à notre propre.

Lorsque l'ordinateur résout un problème que vous lui avez attribué, les calculs sont effectués dans cet univers parallèle jusqu'à ce qu'une réponse soit présentée. Mais cela ne s'arrête pas là. Vous ne pouvez pas simplement voir la réponse lorsque le calcul est terminé. En fait, vous ne pouvez pas voir la réponse avant de la chercher. Et lorsque vous le recherchez, vous pouvez perturber l'état de l'ordinateur quantique et obtenir un résultat corrompu..

Tous les calculs parallèles effectués par l'ordinateur quantique ne se résument pas en une réponse finale jusqu'à ce que vous essayiez consciemment de l'observer. À certains égards, alors, ce n’est pas la réponse elle-même qui importe, mais la façon de la saisir. C'est cet élément d'observation de l'ordinateur quantique qui constitue le plus gros obstacle à la construction d'un ordinateur..

Les physiciens qualifient ce problème d '"enchevêtrement", ce que Einstein appelle "l'action fantasmagorique à distance". L'enchevêtrement est essentiellement le résultat de l'observation du comportement d'un qubit en fonction de l'état d'un autre qubit.

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Ce qui cause des maux de tête, c’est que dès que vous regardez un qubit, vous modifiez son état et le système tout entier redevient un ordinateur numérique standard. C'est ce qu'on appelle la «décohérence», et c'est ce qui rend les observations ou les résultats que vous regardez inexacts ou trompeurs..

Pour ces raisons complexes et bien d’autres, construire un ordinateur quantique en état de fonctionnement capable de résoudre des problèmes réels est loin d’être facile..