Du numérique aux ordinateurs quantiques

Pourquoi tout le monde est fou d’Ellen et des ordinateurs quantiques de nos jours ? La concurrence internationale féroce pour la mise en œuvre et l’exploitation de la technologie informatique quantique semble inévitable pour mener à notre avenir informatique quantique, qui, selon certains, est déjà là. La question de savoir si les nouveaux ordinateurs quantiques s’avéreront tout aussi conviviaux et socialement gérables que les «anciens» ordinateurs numériques est une question qui ne se pose pas pour le moment.

Le début de la technologie de l’informatique quantique ?

Aujourd’hui, la technologie informatique quantique est passée de la conception théorique à la construction de systèmes informatiques quantiques non numériques : par exemple, les circuits de processeur quantique pour la fabrication de qubits, les capteurs quantiques, la communication et la téléportation quantiques, les systèmes de cryptographie quantique.

Avec des investissements totalisant plus de 25 milliards de dollars provenant à la fois de fonds publics et d’investissements d’entreprises technologiques colossales, la course sur la route vers les premiers ordinateurs quantiques est devenue mondiale. Il s’agit d’un domaine de recherche relativement nouveau qui, bien qu’encore à ses balbutiements, promet la voie à un accès technologique et à l’exploitation de la réalité quantique inconnue dans un avenir proche. Un « pont » entre la microphysique et la macrophysique, connue pour être régie par des lois physiques différentes.

Il n’est donc pas étonnant que la recherche sur l’informatique quantique et ses nombreuses applications pratiques aient été généreusement financées : la Chine a officiellement décidé d’investir 10 milliards de dollars pour développer uniquement ce domaine révolutionnaire, le gouvernement américain commençant à 1 milliard de dollars pour un programme de recherche public, auquel s’y ajoutent les investissements privés systématiques des grandes entreprises (IBM, Google, Intel, Amazon, etc.).

25 milliards de dollars sont investis dans le monde entier dans les courses sur route pour créer et faire fonctionner les nouveaux ordinateurs quantiques puissants.

Dans cette féroce compétition d’investissements pour la mise en place d’ordinateurs quantiques, scientifiquement à la pointe et pas du tout insignifiants économiquement, la présence des pays européens les plus puissants (Allemagne, France, Pays-Bas, qui ont investi au total 5 milliards), alors que dans plus plus d’un milliard de programmes spéciaux de recherche de l’UE. La Russie, le Canada, le Japon, la Nouvelle-Zélande et Israël ont également été très actifs.

Malgré l’argent somptueux investi, nous explorons toujours les applications pratiques et les futures capacités des ordinateurs quantiques d’aujourd’hui. Bien que nombreuses, les recherches pertinentes portent principalement sur deux domaines : d’une part, celles visant à améliorer les performances des processeurs quantiques existants, et d’autre part, l’exploration des limites inhérentes et des applications possibles des nouvelles machines informatiques.

Comparés aux superordinateurs numériques actuels, les ordinateurs quantiques sont des types de calculatrices complètement différents, à la fois dans leur structure et leur fonction. C’est peut-être pour cette raison qu’il est extrêmement difficile de prédire dès le départ exactement comment, dans quelle direction ou à quelle vitesse ils vont évoluer.

Ces dernières années, cependant, les applications de l’informatique quantique ont connu une croissance exponentielle, similaire à celles des premiers microprocesseurs au silicium dans les années 1960.

Quant aux applications envisagées dans le futur, elles couvrent les domaines scientifiques les plus divers : de la sécurité de l’information à l’amélioration spectaculaire des processus informatiques en économie et comptabilité, de l’apprentissage automatisé à l’intelligence artificielle.

Il apportera également une contribution décisive au développement de nouveaux matériaux et médicaments, au diagnostic médical thérapeutique, à la modélisation de systèmes physicochimiques écologiques, géologiques et planétaires complexes.

Si même certaines d’entre elles sont vérifiées, les ordinateurs quantiques et les nouvelles technologies quantiques se combineront pour former ce qui est de plus en plus décrit comme la « deuxième révolution quantique », qui, comme tout le montre, est déjà en cours et n’affectera pas seulement la technologie à l’avenir, la santé, l’économie, mais aussi la vie quotidienne des gens.

Le grand saut de Pieces à El

Si sur un ordinateur numérique (généralement un ordinateur électronique) l’unité d’information de base est le bit, sur un ordinateur quantique c’est le qubit. En effet, un ordinateur quantique est défini comme tout système informatique non numérique dont le fonctionnement est basé sur les principes de la mécanique quantique, tandis que les matériaux de construction tirent parti des propriétés physiques étranges des phénomènes quantiques, pour réussir – et avec une vitesse inimaginable – à traiter un grande quantité d’informations (qubits).

Les performances impressionnantes des ordinateurs quantiques – lors de l’exécution d’algorithmes de calcul complexes – reposent sur les propriétés quantiques inconnues communes à tous les systèmes quantiques, telles que, par exemple, le principe d’intrication ou de superposition quantique, la superposition et l’état probabiliste inhérent à toutes les fonctions d’onde quantiques.

En effet, le secret du fonctionnement des processeurs quantiques et de l’énorme puissance de calcul se trouve dans le phénomène déroutant mais tout à fait naturel de «l’intrication quantique».

Il s’agit d’un concept fondamental de la mécanique quantique également appelé « intrication » ou, plus poétiquement, « intrication quantique » : lorsque deux ou plusieurs particules atomiques élémentaires interagissent entre elles par le couplage de leurs fonctions d’onde, dans un état quantique, elles deviennent enchevêtrés, quelle que soit la distance qui les sépare. Ainsi ce qui se passe dans l’une des deux particules conjuguées est immédiatement transféré et « perçu » par l’autre, qui réagit immédiatement, même si elle est de l’autre côté de l’univers !

Outre les différences dans la structure et l’organisation du matériel, la différence peut-être la plus décisive entre un ordinateur numérique et un ordinateur quantique est que tous les processeurs numériques ne peuvent traiter, afficher et stocker des informations qu’au format binaire, c’est-à-dire via un système de codage avec seulement deux éléments alternatifs « 0 » ou « 1 ».

Les processeurs quantiques, d’autre part, peuvent être dans plusieurs états en même temps, de sorte que les unités d’information qu’ils traitent, les qubits, peuvent prendre plus de deux valeurs alternatives : pas seulement « 0 » et « 1 » comme des bits, mais et toutes les valeurs intermédiaires entre « 0 » et « 1 » !

Un qubit correspond à un état quantique particulier ou à un complexe d’états successifs codés par l’ordinateur quantique et comme unité de base de l’information quantique est l’enregistrement de cet événement ou état microphysique particulier. Cependant, l’intrication quantique n’est pas maintenue indéfiniment. En fait, il devient encore plus temporaire et insaisissable lorsque le processeur quantique qu’il détecte n’est pas complètement isolé de l’environnement. Dans ce cas, le « bruit » entrant dans l’ordinateur quantique provoque l’effondrement prématuré de la fonction d’onde de l’événement quantique décrit par le qubit : l’intrication entre les états quantiques successifs disparaît et il y a une grande perte d’informations.

Qu’est-ce qui empêche l’arrivée du paradis quantique ?

Une hypothèse fondamentale et fondamentale de l’informatique quantique est que différents états quantiques ne peuvent être simulés et capturés de manière adéquate en qubits que par un processeur quantique approprié. Réaliser le rêve de construire des ordinateurs quantiques toujours plus puissants se heurte cependant à des obstacles théoriques et pratiques tenaces. Comme par exemple le fait que jusqu’à présent les processeurs quantiques, pour fonctionner sans à-coups, c’est-à-dire sans être influencés par les « bruits » de l’environnement naturel, doivent être placés dans un isolement complet dans des congélateurs spéciaux et doivent fonctionner à des températures proches de zéro absolu ( – 273οC). Sinon, les calculs effectués par l’ordinateur quantique seront affectés négativement par le « bruit » et peuvent être complètement incorrects.

Enfin, un obstacle supplémentaire à l’exploitation de la vaste puissance de calcul des ordinateurs quantiques est qu’ils fonctionnent avec des algorithmes beaucoup plus sophistiqués que les ordinateurs numériques géants, rendant les informations codées par les qubits « illisibles ».

Mais malgré les obstacles technologiques et les difficultés (temporaires ?), de plus en plus d’experts de premier plan affirment sans équivoque que l’arrivée des ordinateurs quantiques est inévitable tôt ou tard. En fait, étant donné les changements historiques mondiaux – non seulement économiques, mais aussi sociopolitiques, géopolitiques et militaires – que l’afflux de nouvelles technologies quantiques apportera dans nos vies, de nombreux pays puissants, des organisations internationales, y compris l’OTAN, sont déjà sérieusement délibération des comités, examiner les bouleversements possibles et les règles de gouvernance de la révolution informatique quantique imminente.

Sharon Carpenter

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