Nous nous rapprochons d’avoir des ordinateurs quantiques pratiques – voici pour quoi ils seront utilisés

En 1981, physicien américain et lauréat du prix Nobel, Richard Feynman, a donné une conférence au Massachusetts Institute of Technology (MIT) près de Boston, dans lequel il a décrit une idée révolutionnaire. Feynman a suggéré que l’étrange physique de la mécanique quantique pourrait être utilisée pour effectuer des calculs.

Le champ de calcul quantique est né. Au cours des 40 années et plus, il est devenu un domaine intensif de recherche en informatique. Malgré des années de développement effréné, les physiciens n’ont pas encore construit des ordinateurs quantiques pratiques qui sont bien adaptés à une utilisation quotidienne et aux conditions normales (par exemple, de nombreux ordinateurs quantiques fonctionnent à des températures très basses). Des questions et des incertitudes restent sur les meilleures façons d’atteindre cette étape.

Qu’est-ce que exactement quantum L’informatique, et à quel point sommes-nous proches de les voir entrer dans une large utilisation? Regardons d’abord calcul classiquele type d’informatique sur lequel nous comptons aujourd’hui, comme l’ordinateur portable que j’utilise pour écrire cette pièce.

Les ordinateurs classiques traitent les informations à l’aide de combinaisons de « Bits »leurs plus petites unités de données. Ces bits ont des valeurs de soit 0 ou 1. Tout ce que vous faites sur votre ordinateur, de la rédaction d’e-mails à la navigation sur le Web, est rendu possible en traitant des combinaisons de ces bits dans les chaînes de zéros et de zéros.

Les ordinateurs quantiques, en revanche, utilisent bits quantiques, ou qubits. Contrairement aux bits classiques, les qubits ne représentent pas seulement 0 ou 1. Merci à une propriété appelée superposition quantiqueles qubits peuvent être dans plusieurs états simultanément. Cela signifie qu’un qubit peut être 0, 1 ou les deux en même temps. C’est ce qui donne aux ordinateurs quantiques la possibilité de traiter simultanément des quantités massives de données et d’informations.

Imaginez pouvoir explorer chaque solution possible à un problème à la fois, au lieu d’une fois à la fois. Cela vous permettrait de naviguer sur votre chemin à travers un labyrinthe en essayant simultanément tous les chemins possibles en même temps pour trouver le bon. Les ordinateurs quantiques sont donc incroyablement rapides à trouver des solutions optimalescomme identifier le chemin le plus court, le moyen le plus rapide.

Pensez au problème extrêmement complexe de reprogrammer les vols des compagnies aériennes après un retard ou un incident inattendu. Cela se produit avec la régularité dans le monde réel, mais les solutions appliquées peuvent ne pas être les meilleures ou optimales. Afin d’élaborer les réponses optimales, les ordinateurs standard devraient considérer, un par un, toutes les combinaisons possibles de vols déménageants, réinterrompus, retardant, annulent ou regroupent les vols.

Chaque jour là-bas sont plus de 45 000 volsorganisé par plus de 500 compagnies aériennes, reliant plus de 4 000 aéroports. Ce problème prendrait des années à résoudre pour un ordinateur classique.

D’un autre côté, un ordinateur quantique pourrait essayer toutes ces possibilités à la fois et laisser la meilleure configuration émerger organiquement. Les qubits ont également une propriété physique connu sous le nom d’intrication. Lorsque les qubits sont enchevêtrés, l’état d’un qubit peut dépendre de l’état d’un autre, quelle que soit leur distance.

C’est quelque chose qui, encore une fois, n’a pas de contrepartie en informatique classique. L’intrication permet aux ordinateurs quantiques de résoudre certains problèmes de façon exponentielle plus rapide que les ordinateurs traditionnels.

Une question courante est de savoir si les ordinateurs quantiques remplaceront complètement les ordinateurs classiques ou non. La réponse courte est non, du moins pas dans un avenir prévisible. Les ordinateurs quantiques sont incroyablement puissants pour résoudre des problèmes spécifiques – comme simulant les interactions entre différentes molécules, trouver la meilleure solution à partir de nombreuses options ou traitant cryptage et décryptage. Cependant, ils ne sont pas adaptés à tous les types de tâches.

Les ordinateurs classiques traitent un calcul à la fois d’une séquence linéaire, et ils suivent des algorithmes (ensembles de règles mathématiques pour effectuer des tâches informatiques particulières) conçues pour une utilisation avec des bits classiques qui sont 0 ou 1. Moins sujet aux erreurs que les machines quantiques. Pour les besoins informatiques quotidiens tels que le traitement de texte ou la navigation sur Internet, les ordinateurs classiques continueront de jouer un rôle dominant.

Il y a au moins deux raisons à cela. Le premier est pratique. La construction d’un ordinateur quantique qui peut exécuter des calculs fiables est extrêmement difficile. Le monde quantique est incroyablement volatile, et les qubits sont facilement perturbés par les choses dans leur environnement, comme les interférences du rayonnement électromagnétique, ce qui les rend sujets aux erreurs.

La deuxième raison réside dans l’incertitude inhérente à la gestion des qubits. Parce que les qubits sont en superposition (ne sont ni 0 ni 1) qu’ils ne sont pas aussi prévisibles que les bits utilisés dans l’informatique classique. Les physiciens décrivent donc les qubits et leurs calculs en termes de probabilités. Cela signifie que le même problème, en utilisant le même algorithme quantique, exécuté plusieurs fois sur le même ordinateur quantique peut renvoyer une solution différente à chaque fois.

Pour répondre à cette incertitude, les algorithmes quantiques sont généralement exécutés plusieurs fois. Les résultats sont ensuite analysés statistiquement pour déterminer la solution la plus probable. Cette approche permet aux chercheurs d’extraire des informations significatives des calculs quantiques intrinsèquement probabilistes.

D’un point de vue commercial, le développement de l’informatique quantique en est encore à ses débuts, mais le paysage est très diversifié avec de nombreuses nouvelles entreprises apparaissant chaque année. Il est fascinant de voir qu’en plus de grandes sociétés établies comme IBM et Google, de nouvelles se joignent, comme Iqm, Pasqal et des startups telles que Alice et Bob. Ils travaillent tous à rendre les ordinateurs quantiques plus fiables, évolutifs et accessibles.

Dans le passé, les fabricants ont attiré l’attention sur le nombre de qubits dans leurs ordinateurs quantiques, en mesure de la puissance de la machine. Les fabricants privilégient de plus en plus les moyens de corriger les erreurs auxquelles les ordinateurs quantiques sont sujets. Ce changement est crucial pour développer des ordinateurs quantiques à grande échelle et tolérants aux pannes, car ces techniques sont essentielles pour améliorer leur convivialité.

La dernière puce quantique de Google, Willow, récemment démontré progrès remarquable dans ce domaine. Plus Google est utilisé par Google, le Willow, le Plus cela a réduit les erreurs. Cette réussite marque une étape importante vers la construction d’ordinateurs quantiques pertinents commercialement qui peuvent révolutionner des champs comme Médecine, énergie et IA.

Après plus de 40 ans, l’informatique quantique en est encore à ses balbutiements, mais des progrès significatifs sont attendus au cours de la prochaine décennie. La nature probabiliste de ces machines représente une différence fondamentale entre l’informatique quantique et classique. C’est ce qui les rend fragiles et difficiles à développer et à évoluer.

Dans le même temps, c’est ce qui en fait un outil très puissant pour résoudre les problèmes d’optimisation, explorant plusieurs solutions en même temps, plus rapidement et plus efficacement que les ordinateurs classiques peuvent.

Domenico ProximitéProfesseur agrégé de systèmes intelligents et de science des données, Université Anglia Ruskin

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