L'informatique quantique expliquée (comme si vous étiez âgé de 5 ans)

Le concept de "Quantum Computing" récemment devenu viral - grâce à un certain Premier ministre - est l' un des nombreux territoires inexplorés de la science par nos potes non-scientifiques .

La raison pour laquelle la plupart d'entre nous n'en ont pas encore entendu parler pendant des décennies est que, pour la plupart, c'est théorique et que ceux qui l'expérimentaient au début étaient très silencieux à cause de la nécessité pour le secret militaire et corporatif.

Néanmoins, nous savons maintenant qu'il existe une combinaison de mécanique quantique et de calcul, et tout à coup cela fait partie du champ d'intérêt de tout le monde. Si vous ne savez pas ce qu'est un ordinateur quantique mais que vous ne voulez pas rester en dehors de la boucle, lisez la suite pour découvrir pourquoi il est meilleur que les ordinateurs traditionnels avec lesquels nous travaillons aujourd'hui.

Des ordinateurs traditionnels et des bits

Les ordinateurs sont pour la plupart numériques-électroniques et interagiront avec des données représentées par des chiffres binaires connus sous le nom de bits (0 et 1). Qu'il s'agisse d'images, de texte, d'audio ou de toute autre donnée, tout est stocké en bits.

Physiquement, les nombres binaires 0 et 1 peuvent être représentés en utilisant n'importe quelle entité à deux états comme une pièce de monnaie (tête et queue) ou un interrupteur (on ou off). Dans les ordinateurs, les bits sont la présence ou l'absence de tension (1 ou 0), ou le changement ou la préservation de la direction magnétique dans les disques durs magnétiques.

Les données sont manipulées en calculant les bits stockés . Le calcul est fait par des portes logiques qui sont typiquement constituées de transistors qui contrôlent le passage du signal électronique. S'il laisse passer le signal, c'est le bit 1 et si le signal est coupé, c'est 0.

Les limites des transistors

Avec la taille toujours croissante des puces et le nombre croissant de composants, les appareils électroniques peuvent contenir des millions de transistors qui peuvent être aussi petits que 7 nm (1000 fois plus petit qu'un globule rouge et seulement 20 fois plus gros que certains atomes).

La taille des transistors peut continuer à diminuer, mais ils finiront par atteindre une limite physique où les électrons passeront à travers eux et il n'y aura aucun contrôle sur le flux du signal électronique.

Pour le besoin croissant de calcul puissant et de dispositifs plus petits, une limite de taille sur un composant électronique de base est un frein de progrès . Les scientifiques sont à la recherche de nouvelles méthodes qui prennent moins de temps et d'espace pour calculer et stocker des données, et l'un des moyens que nous pouvons utiliser est l'informatique quantique.

Qubits, superposition et enchevêtrement

L'informatique quantique utilise des qubits au lieu de bits pour représenter les données. Les Qubits sont représentés en utilisant des particules quantiques comme les électrons et les photons .

Les particules quantiques possèdent des propriétés telles que le spin et la polarisation qui peuvent être utilisées pour représenter des données. Par exemple, un qubit tournant vers le haut peut être égal à 1 et décroissant à 0.

Mais la puissance de l'informatique quantique vient du fait que contrairement aux bits qui sont soit 1 soit 0, les qubits peuvent être 1 et 0 simultanément, à cause d'une propriété appelée superposition, où les particules quantiques sont dans plusieurs états en même temps.

Ceci augmente la puissance de calcul de qubit, puisqu'il peut être utilisé pour 1 et 0 pendant le calcul et à la fin, une fois mesuré, il devient 1 ou 0.

La propriété de superposition peut être facilement expliquée par une célèbre expérience de pensée réalisée sur un chat imaginaire par Schrödinger, un physicien autrichien.

Dans le monde quantique, il existe également une autre propriété qui peut être exploitée dans le calcul de l'intrication quantique . Il se réfère essentiellement aux propriétés des particules quantiques qui s'emmêlent et deviennent dépendantes les unes des autres et ne peuvent donc pas être modifiées séparément.

Ils agissent comme un système unique avec un état global.

Supposons que 2 qubits subissent un enchevêtrement, si l'un des états du qubit change, l'autre change aussi. Cela conduit à un véritable traitement parallèle ou informatique qui peut réduire considérablement le temps de calcul par rapport aux ordinateurs traditionnels.

Difficultés et utilisations

Il y a beaucoup d'obstacles pratiques à surmonter par les scientifiques et les ingénieurs, comme la création d'un environnement contrôlé pour les qubits et la recherche de moyens de manipuler leurs propriétés, pour produire un résultat souhaité.

Mais une fois que les ordinateurs quantiques dotés d'une puissance de calcul élevée sont finalement créés, ils peuvent être utilisés pour résoudre des problèmes qui, autrement, prendraient beaucoup de temps à être complétés par les ordinateurs traditionnels.

Trouver les facteurs premiers d'un grand nombre, le problème du voyageur de commerce pour un grand nombre de villes, et d'autres problèmes similaires nécessitent un nombre exponentiel de comparaisons pour obtenir des résultats . En outre, la recherche dans des bases de données colossales est encore un processus très long pour même les ordinateurs numériques actuels.

Ces problèmes peuvent être résolus avec les ordinateurs quantiques, qui peuvent résoudre en quelques minutes des problèmes qui peuvent prendre des siècles dans les ordinateurs traditionnels.

(H / T: IBM)