Les « ordinateurs quantiques » apparaissent souvent comme une sorte de « machines magiques ». Ils ne fonctionnent pas avec des bits, mais avec des bits quantiques ou qubits, et pourraient battre les meilleurs supercalculateurs. mais qu'est ce que ca signifie exactement? Et, "quantique", est-ce vraiment aussi incompréhensible que ça en a l'air ?
Un supercalculateur est un ordinateur doté d'une puissance de calcul supérieure. C'est un ordinateur classique, mais beaucoup plus rapide que ce que vous avez habituellement à la maison et qui peut faire des milliards de calculs par seconde. Ça sonne bien, mais ça pourrait être mieux. Les ordinateurs quantiques peuvent même effectuer certains calculs en quelques minutes qui prendraient 10 000 ans à un supercalculateur "ordinaire". Il y a aussi le hic :« quelques calculs ». Les ordinateurs quantiques et les superordinateurs ne sont pas des concurrents. Ils sont tous deux conçus pour résoudre des problèmes différents.
Non, les ordinateurs quantiques ne sont pas principalement destinés à résoudre les problèmes de la maison, du jardin et de la cuisine. Cependant, ils sont parfaitement adaptés à un ensemble spécifique de problèmes. Plus précisément, ceux avec lesquels les ordinateurs classiques ont du mal à cause de la mémoire, de la vitesse ou de la parallélisation. Par exemple, un ordinateur quantique est très bon pour reconnaître les modèles. Cette propriété peut être utilisée, entre autres, pour faire des modèles et des prévisions météorologiques, mais aussi, par exemple, pour calculer les itinéraires optimaux en logistique. Les ordinateurs quantiques joueront également un rôle majeur dans l'industrie du développement de médicaments pharmaceutiques en examinant comment les particules (telles que les protéines) interagissent les unes avec les autres. C'est précisément à cause de la complexité de toutes les interactions qu'il est très difficile pour les ordinateurs classiques de faire des simulations du fonctionnement des particules, mais pas pour un ordinateur quantique.
Les ordinateurs quantiques ne fonctionnent pas selon les règles de comptage classiques, mais tirent leurs règles d'un tout autre vaisseau :celui de la mécanique quantique. La mécanique quantique décrit les interactions de petites particules (quanta) à une échelle (sub)atomique. Les lois qui s'appliquent à cette échelle sont bizarres et pour beaucoup très complexes. Par exemple, dans le monde quantique, il serait parfaitement possible d'aller à une belle fête et de regarder Netflix en même temps. Les particules telles que les qubits - les supports d'informations dans un ordinateur quantique - peuvent être dans plusieurs états en même temps; une propriété appelée superposition. De plus, l'état d'une particule influence celui d'une autre, c'est ce qu'on appelle l'intrication. Ce sont ces propriétés qui permettent de faire certains calculs exponentiellement plus rapides. Les calculs parallèles se déroulent beaucoup plus facilement grâce à la possibilité de «superposition»:plusieurs chemins de réponse peuvent être explorés en même temps. Par enchevêtrement de particules, vous pouvez augmenter la puissance de traitement de l'ordinateur de façon exponentielle.
En principe, tout système pouvant être dans deux états peut être utilisé comme qubit. Il y en a tellement de différentes dans la nature. Par exemple, un électron, une particule chargée qui a un spin et une charge. Le spin peut être comparé aux pôles nord et sud d'un aimant. Si vous placez un électron dans un champ magnétique, vous pouvez manipuler ce spin pour viser vers le haut ou vers le bas – nord ou sud. L'état 'spin up' ou 'spin down' peut alors être comparé aux états '0' et '1' dans un bit informatique classique.
C'est la question clé, et il n'y a pas de réponse univoque. Le meilleur ordinateur quantique dont nous disposons actuellement fonctionne sur environ 50 qubits et peut donc surpasser les ordinateurs classiques pour certains problèmes (et actuellement inutiles). On pense que les meilleurs supercalculateurs peuvent encore rivaliser avec les ordinateurs quantiques de 50 à 60 qubits. Cependant, pour les applications les plus avancées, le nombre est susceptible de se chiffrer en centaines de milliers, voire en millions. De plus, tout dépend aussi de la qualité des qubits. En principe, vous pouvez vivre avec des qubits qui font des erreurs de temps en temps, tant que vous avez d'autres pour corriger ces erreurs. Plus les qubits sont bons, moins vous devez sacrifier pour corriger les erreurs. Nous parlons de qubits complètement sans erreur, mais nous en sommes loin.
Comme mentionné, vous aurez peut-être besoin de moins de qubits pour créer un ordinateur quantique utile si vous avez de «bons qubits». Qu'est-ce que c'est alors ? Certaines exigences sont l'uniformité, la vérifiabilité et la fiabilité. L'avantage des qubits uniformes est qu'ils permettent des structures plus simples. Désormais, chaque qubit a sa propre soi-disant personnalité et vous avez besoin de nombreuses connexions physiques par qubit pour contrôler toutes ces personnalités. Inversement, si vous avez suffisamment de qubits similaires, moins de lignes de contrôle sont nécessaires. La fiabilité peut être exprimée en temps de cohérence. Après tout, les qubits perdent leur "quantité" avec le temps. Par exemple, si votre qubit démarre à l'état '1', il se dégradera spontanément vers un état inconnu (et donc inutile). Plus un qubit fonctionne correctement longtemps, plus vous pouvez effectuer d'opérations avec lui avant que le qubit doive être réinitialisé.
Probablement pas. Même si vous aviez un problème utile pour un ordinateur quantique, il y a des considérations pratiques qui le rendent difficile. Les ordinateurs quantiques sont très grands. Le problème est que les qubits sont un système très fragile. Par exemple, la différence d'énergie entre les deux états de spin d'un électron « 0 » (spin up) et « 1 » (spin down) est si petite que la particule ne peut pas être contrôlée à température ambiante. La solution est de refroidir les qubits à des températures autour de -273°C. Des réfrigérateurs spéciaux sont nécessaires pour cela, ce qu'on appelle la cryogénie, et ils sont très grands…. Les qubits et les circuits environnants doivent être intelligemment empilés dans la cryogénie. Plus vous voulez de qubits dans votre superordinateur, plus les réfrigérateurs deviennent gros :aussi grands qu'une pièce, aussi grands qu'un terrain de football, etc.
