L’informatique nous aide à faire ce que nous ne voulons pas ou ne pouvons pas faire, principalement à cause de la complexité, du risque d’erreurs involontaires et du temps. Par exemple, élever un nombre au 128ème degré dans l'esprit.

Le but et l'utilisation d'un ordinateur quantique.

Qu'est-ce qu'un ordinateur quantique?

L’ordinateur quantique (CQ) le plus puissant est, ou plutôt serait, un mécanisme complètement différent, différent de tout ce que l’homme a jamais créé. Les serveurs les plus puissants d’aujourd’hui ne représentent en réalité qu’une petite partie de ce qu’un ordinateur quantique à part entière peut finalement faire.

En termes simples, l’objet de la recherche dans le domaine de l’informatique quantique est de découvrir les moyens d’accélérer l’exécution d’instructions à ondes longues. Il serait faux de dire que CC exécute des programmes plus rapidement qu'un PC ou un serveur x86. Le «programme» pour QC est un ordre de codage complètement différent de celui existant pour un processeur binaire. Après la naissance des ordinateurs, des calculs physiques complexes ont été effectués, ce qui dans les années 1940 a aidé les États-Unis à créer une bombe atomique. Après l'invention du transistor, les dimensions de ces systèmes ont été considérablement réduites. Puis est venue l'idée de processeurs parallèles travaillant simultanément sur des tâches.

L'informatique quantique n'est que la prochaine étape. Les ordinateurs modernes ont besoin de beaucoup de temps pour résoudre un certain nombre de problèmes, par exemple, résoudre un système d'équations linéaire, optimiser les paramètres des vecteurs de support, trouver le chemin le plus court dans une section arbitraire ou parcourir la liste non structurée. Ce sont des problèmes assez abstraits maintenant, mais si vous en savez un peu sur les algorithmes ou la programmation, vous pouvez voir à quel point cela peut être utile. À titre d’exemple, les processeurs graphiques (GPU) ont été inventés dans le seul but de rendre des triangles, puis de les fusionner dans un monde à deux ou trois dimensions. Et maintenant, Nvidia est une entreprise d’un milliard de dollars. Existe-t-il des technologies de l'informatique quantique ou certains de ses dérivés historiques, que les gens trouvent maintenant utiles? En d'autres termes, que fait réellement un quantum et à qui sert-il directement?

A quoi sert un ordinateur quantique?

De navigation C'est l'une des principales applications des ordinateurs quantiques. Le système GPS ne peut fonctionner nulle part sur la planète, surtout sous l'eau. Le contrôle de la qualité exige que les atomes soient surfondus et suspendus dans un état qui les rend particulièrement sensibles. Pour tenter de tirer profit de cela, des équipes de scientifiques en compétition cherchent à développer une sorte d’accéléromètre quantique capable de fournir des données de mouvement très précises. Le Laboratoire français de photonique et nanoscience est le plus important contributeur au développement de l'industrie. Un exemple frappant de ceci est une tentative de créer un composant hybride combinant un accéléromètre et un classique, puis utilisant un filtre passe-haut pour soustraire les données classiques des données quantiques. Le résultat, s'il est mis en œuvre, sera un compas extrêmement précis qui éliminera le déplacement et la dérive du facteur d'échelle, généralement associé aux composants gyroscopiques.

Sismologie. La même sensibilité extrême peut être utilisée pour détecter la présence de gisements de pétrole et de gaz, ainsi que l’activité sismique potentielle dans des endroits où les capteurs conventionnels n’ont pas encore été utilisés. En juillet 2017, QuantIC a montré comment un gravimètre quantique détecte la présence d'objets profondément cachés en mesurant les oscillations dans un champ gravitationnel. Si un tel dispositif est non seulement pratique, mais également portable, l’équipe estime qu’il peut devenir un atout précieux pour un système d’alerte rapide permettant de prévoir les événements sismiques et les tsunamis. Produits pharmaceutiques. Au premier plan, la recherche sur la lutte contre des maladies telles que la maladie d’Alzheimer et la sclérose en plaques; Les scientifiques utilisent un logiciel qui simule le comportement des anticorps artificiels au niveau moléculaire.

Physique C'est en réalité la raison de l'existence même du concept. Lors de son discours à Caltech en 1981, le professeur Richard Feynman, père de l'électrodynamique quantique (QED), a suggéré que le seul moyen de construire une simulation réussie du monde physique au niveau quantique est une machine obéissant aux lois de la physique et de la mécanique quantiques. C'est lors de ce discours que le professeur Feynman a expliqué, et le reste du monde s'est rendu compte qu'il ne suffirait pas à un ordinateur de générer une table de probabilités et de savoir comment lancer les dés. De plus, pour obtenir des résultats que les physiciens eux-mêmes n'appelleraient pas apocryphes, il faudrait un mécanisme qui se comporte de la même manière que le comportement qu'il avait l'intention d'imiter.

Apprentissage automatique La théorie principale des partisans est que de tels systèmes peuvent être adaptés pour "étudier" les schémas d'état par vagues énormes et parallèles, et non par balayages successifs. Les mathématiques ordinaires peuvent décrire un ensemble de résultats probables sous forme de vecteurs dans un espace de configuration sauvage. Décryptage Voici enfin la percée qui a jeté la première lumière sur de tels calculs. Ce qui rend les codes de cryptage si complexes, même pour les ordinateurs classiques modernes, c’est qu’ils sont basés sur un très grand nombre de facteurs nécessitant un temps de réponse excessif avec la méthode de mise en correspondance. Un CQ qui travaille doit isoler et identifier de tels facteurs en quelques minutes, ce qui rend le système de codage RSA réellement obsolète.

Cryptage Le concept, appelé distribution de clé quantique (QKD), laisse théoriquement espérer que les types de clé publique et privée que nous utilisons aujourd'hui pour chiffrer les messages peuvent être remplacés par des clés soumises à des effets d'intrication. En théorie, toute tierce partie qui aurait déchiffré la clé et tenté de lire le message détruirait immédiatement le message pour tout le monde. Bien sûr, cela peut suffire. Mais la théorie QKD est basée sur une hypothèse énorme qui n’a pas encore été testée dans le monde réel: les valeurs obtenues à l’aide de qubits intriqués sont elles-mêmes emmêlées et sujettes aux effets, où qu’elles se trouvent.

Quelle est la différence entre un ordinateur quantique et un ordinateur ordinaire?

Un ordinateur classique effectue des calculs en utilisant des bits qui sont 0 («désactivé») et 1 («activé»). Il utilise des transistors pour traiter les informations sous la forme de séquences de zéros et de langages binaires dits informatiques. Plus de transistors, plus d'options de traitement - c'est la principale différence. Le CQ utilise les lois de la mécanique quantique. Tout comme un ordinateur classique qui utilise des zéros et des uns. Ces états peuvent être atteints dans les particules en raison de leur moment angulaire interne, appelé spin. Deux états 0 et 1 peuvent être représentés dans les particules arrière. Par exemple, une rotation dans le sens des aiguilles d'une montre représente 1 et une valeur dans le sens contraire des aiguilles d'une montre représente 0. L'avantage d'utiliser QC est qu'une particule peut se trouver dans plusieurs états à la fois. Ce phénomène s'appelle la superposition. En raison de ce phénomène, le contrôle qualité peut atteindre simultanément les états 0 et 1. Ainsi, dans un ordinateur classique, les informations sont exprimées sous la forme d'un nombre 0 ou 1. Le contrôle qualité utilise les sorties décrites en tant que 0 et 1 en même temps, ce qui donne une plus grande puissance de calcul.

Comment fonctionne un ordinateur quantique

L'informatique quantique utilise des phénomènes de la mécanique quantique tels que la superposition et l'enchevêtrement. Le contrôle qualité est un dispositif qui effectue l'informatique quantique et se compose de microprocesseurs. Un tel ordinateur est complètement différent des ordinateurs électroniques numériques binaires basés sur des transistors et des condensateurs. Alors que les calculs numériques classiques exigent que les données soient codées en chiffres binaires (bits), chacun d'entre eux se trouvant toujours dans l'un des deux états spécifiques (0 ou 1), le calcul quantique utilise des bits ou des bits pouvant être superposés. Le dispositif de la machine de Turing quantique est un modèle théorique d'un tel ordinateur et est également connu sous le nom de CQ universel. Le domaine de l'informatique quantique a été créé par les travaux de Paul Benioff et Yuri Manin en 1980, de Richard Feynman en 1982 et de David Deutsch en 1985.

Le principe de l'ordinateur quantique

Depuis 2018, le principe de fonctionnement des ordinateurs quantiques en est encore à ses balbutiements, mais des expériences ont été menées dans lesquelles des opérations de calcul quantique ont été effectuées avec un très petit nombre de bits quantiques. Des recherches à la fois pratiques et théoriques sont en cours et de nombreux gouvernements et agences militaires financent des recherches sur l'informatique quantique dans le but de développer des ordinateurs quantiques à des fins civiles, commerciales, environnementales et de sécurité nationale, telles que la cryptanalyse. Les ordinateurs quantiques à grande échelle pourraient théoriquement résoudre certains problèmes beaucoup plus rapidement que les ordinateurs classiques utilisant les meilleurs algorithmes, tels que la factorisation entière utilisant l'algorithme Shore (qui est un algorithme quantique) et la modélisation de l'ensemble quantique des corps du système.

Il existe des actions quantiques, telles que l'algorithme de Simon, qui s'exécutent plus rapidement que tout algorithme classique probabiliste possible. Un ordinateur classique peut en principe (avec des ressources exponentielles) modéliser un algorithme quantique, car l'informatique quantique ne viole pas la thèse de Church-Turing. D'autre part, les ordinateurs quantiques peuvent résoudre efficacement des problèmes qui ne sont pratiquement pas possibles sur des ordinateurs classiques.