L'informatique quantique utilise la mécanique quantique pour traiter d'énormes quantités d'informations à une vitesse incroyablement élevée. Il faut de quelques minutes à plusieurs heures à un ordinateur quantique pour résoudre un problème qu'un ordinateur de bureau mettrait des années ou des décennies à résoudre.
L'informatique quantique ouvre la voie à une nouvelle génération de supercalculateurs. Ces ordinateurs quantiques devraient surpasser les technologies existantes dans des domaines tels que la modélisation, la logistique, l'analyse des tendances, la cryptographie et l'intelligence artificielle.
L'informatique quantique expliquée
L'idée de l'informatique quantique a été imaginée pour la première fois au début des années 1980 par Richard Feynman et Yuri Manin. Feynman et Manin pensaient qu'un ordinateur quantique pouvait simuler des données d'une manière qu'un ordinateur de bureau ne pouvait pas. Ce n'est qu'à la fin des années 1990 que les chercheurs ont construit les premiers ordinateurs quantiques.
L'informatique quantique utilise la mécanique quantique, comme la superposition et l'intrication, pour effectuer des calculs. La mécanique quantique est une branche de la physique qui étudie les choses extrêmement petites, isolées ou froides.
L'unité de traitement principale de l'informatique quantique est constituée de bits quantiques ou qubits. Les qubits sont créés dans l'ordinateur quantique en utilisant les propriétés mécaniques quantiques d'atomes simples, de particules subatomiques ou de circuits électriques supraconducteurs.
Les qubits sont similaires aux bits utilisés par les ordinateurs de bureau dans la mesure où les qubits peuvent être dans un état quantique 1 ou 0. Les qubits diffèrent en ce qu'ils peuvent également être dans une superposition des états 1 et 0, ce qui signifie que les qubits peuvent représenter à la fois 1 et 0 simultanément.
Lorsque les qubits sont en superposition, deux états quantiques sont additionnés et donnent un autre état quantique. La superposition signifie que plusieurs calculs sont traités simultanément. Ainsi, deux qubits peuvent représenter quatre nombres simultanément. Les ordinateurs ordinaires traitent les bits dans un seul des deux états possibles, 1 ou 0, et les calculs sont traités un à la fois.
Les ordinateurs quantiques utilisent également l'intrication pour traiter les qubits. Lorsqu'un qubit est intriqué, l'état de ce qubit dépend de l'état d'un autre qubit de sorte qu'un qubit révèle l'état de sa paire non observée.
Le processeur quantique est le cœur de l'ordinateur
Créer des qubits est une tâche difficile. Il faut un environnement gelé pour maintenir un qubit pendant une durée quelconque. Les matériaux supraconducteurs nécessaires à la création d'un qubit doivent être refroidis au zéro absolu (environ moins 272 degrés Celsius). Les qubits doivent également être protégés du bruit de fond pour réduire les erreurs de calcul.
L'intérieur d'un ordinateur quantique ressemble à un lustre en or. Et, oui, il est fait avec de l'or véritable. C'est un réfrigérateur à dilution qui refroidit les puces quantiques afin que l'ordinateur puisse créer des superpositions et enchevêtrer des qubits sans perdre aucune information.
L'ordinateur quantique fabrique ces qubits à partir de n'importe quel matériau présentant des propriétés mécaniques quantiques contrôlables. Les projets d'informatique quantique créent des qubits de différentes manières, par exemple en bouclant des fils supraconducteurs, en faisant tourner des électrons et en piégeant des ions ou des impulsions de photons. Ces qubits n'existent qu'aux températures inférieures au point de congélation créées dans le réfrigérateur à dilution.
Le langage de programmation de l'informatique quantique
Les algorithmes quantiques analysent les données et proposent des simulations basées sur les données. Ces algorithmes sont écrits dans un langage de programmation orienté quantique. Plusieurs langages quantiques ont été développés par des chercheurs et des entreprises technologiques.
Voici quelques-uns des langages de programmation de l'informatique quantique:
- QISKit: Le kit logiciel d'information quantique d'IBM est une bibliothèque complète pour écrire, simuler et exécuter des programmes quantiques.
- Q: le langage de programmation inclus dans le kit de développement Microsoft Quantum. Le kit de développement comprend un simulateur quantique et des bibliothèques d'algorithmes.
- Cirq: un langage quantique développé par Google qui utilise une bibliothèque Python pour écrire des circuits et exécuter ces circuits dans des ordinateurs et des simulateurs quantiques.
- Forest: un environnement de développement créé par Rigetti Computing qui écrit et exécute des programmes quantiques.
Utilisations pour l'informatique quantique
De vrais ordinateurs quantiques sont devenus disponibles ces dernières années, et seules quelques grandes entreprises technologiques possèdent un ordinateur quantique. Certaines de ces entreprises technologiques incluent Google, IBM, Intel et Microsoft. Ces leaders technologiques travaillent avec des fabricants, des sociétés de services financiers et des sociétés de biotechnologie pour résoudre divers problèmes.
La disponibilité des services informatiques quantiques et les progrès de la puissance de calcul donnent aux chercheurs et aux scientifiques de nouveaux outils pour trouver des solutions à des problèmes qui étaient auparavant impossibles à résoudre. L'informatique quantique a réduit le temps et les ressources nécessaires pour analyser des quantités incroyables de données, créer des simulations sur ces données, développer des solutions et créer de nouvelles technologies qui résolvent les problèmes.
Les entreprises et l'industrie utilisent l'informatique quantique pour explorer de nouvelles façons de faire des affaires. Voici quelques-uns des projets d'informatique quantique qui pourraient profiter aux entreprises et à la société:
- L'industrie aérospatiale utilise l'informatique quantique pour rechercher de meilleures façons de gérer le trafic aérien.
- Les entreprises financières et d'investissement espèrent utiliser l'informatique quantique pour analyser le risque et le rendement des investissements financiers, optimiser les stratégies de portefeuille et régler les transitions financières.
- Les fabricants adoptent l'informatique quantique pour améliorer leurs chaînes d'approvisionnement, améliorer l'efficacité de leurs processus de fabrication et développer de nouveaux produits.
- Les entreprises biotechnologiques explorent les moyens d'accélérer la découverte de nouveaux médicaments.
Trouvez un ordinateur quantique et expérimentez l'informatique quantique
Certains informaticiens développent des méthodes pour simuler l'informatique quantique sur un ordinateur de bureau.
Beaucoup des plus grandes entreprises technologiques du monde proposent des services quantiques. Lorsqu'ils sont associés à des ordinateurs et à des systèmes de bureau, ces services quantiques créent un environnement dans lequel le traitement quantique, avec des ordinateurs de bureau, résout des problèmes complexes.
- IBM propose l'environnement IBM Q avec accès à plusieurs ordinateurs quantiques réels et simulations que vous pouvez utiliser via le cloud.
- Alibaba Cloud propose une plate-forme cloud d'informatique quantique sur laquelle vous pouvez exécuter et tester des codes quantiques personnalisés.
- Microsoft propose un kit de développement quantique qui comprend le langage de programmation Q, des simulateurs quantiques et des bibliothèques de développement de code prêt à l'emploi.
- Rigetti dispose d'une plate-forme cloud quantique qui est actuellement en version bêta. Leur plate-forme est préconfigurée avec leur SDK Forest.
Quantum Computing News in the Future
Le rêve est que les ordinateurs quantiques résolvent des problèmes actuellement trop vastes et trop complexes pour être résolus avec du matériel standard, en particulier pour la modélisation environnementale et le confinement des maladies.
Les ordinateurs de bureau n'ont pas l'espace nécessaire pour exécuter ces calculs complexes et effectuer cette quantité incroyable d'analyses de données. L'informatique quantique prend les plus grandes collections de données volumineuses et traite ces informations en une fraction du temps qu'il faudrait sur un ordinateur de bureau. Des données qui prendraient plusieurs années à être traitées et analysées par un ordinateur de bureau ne prennent que quelques jours pour un ordinateur quantique.
L'informatique quantique en est encore à ses balbutiements, mais elle a le potentiel de résoudre les problèmes mondiaux les plus complexes à la vitesse de la lumière. Personne ne peut deviner jusqu'où l'informatique quantique va se développer et la disponibilité des ordinateurs quantiques.
