Introduction à l'informatique quantique

Pour définir pleinement l’informatique quantique, nous devons d’abord définir quelques termes clés.

Qu’est-ce que le quantique ?

Le quantique dans « informatique quantique » fait référence à la mécanique quantique que le système utilise pour calculer les résultats. En physique, un quantum est la plus petite unité discrète possible de toute propriété physique. Il fait généralement référence aux propriétés des particules atomiques ou subatomiques, telles que les électrons, les neutrinos et les photons.

Qu'est-ce qu'un qubit ?

Un qubit est l’unité d’information de base en informatique quantique. Les qubits jouent un rôle similaire dans l’informatique quantique à celui des bits dans l’informatique classique, mais ils se comportent très différemment. Les bits classiques sont binaires et ne peuvent occuper qu’une position 0 ou 1, mais les qubits peuvent contenir une superposition de tous les états possibles.

Superposition

En superposition, les particules quantiques sont une combinaison de tous les états possibles. Ils fluctuent jusqu'à ce qu'ils soient observés et mesurés. Une façon d’imaginer la différence entre la position binaire et la superposition est d’imaginer une pièce de monnaie. Les bits classiques sont mesurés en « lançant la pièce » et en obtenant pile ou face. Cependant, si vous pouviez regarder une pièce et voir à la fois pile et face, ainsi que tous les états intermédiaires, la pièce serait en superposition.

L'intrication (Enchevêtrement)

L'intrication est la capacité des particules quantiques à corréler leurs résultats de mesure entre eux. Lorsque les qubits sont intriqués, ils forment un système unique et s’influencent mutuellement. Nous pouvons utiliser les mesures d’un qubit pour tirer des conclusions sur les autres. En ajoutant et en enchevêtrant davantage de qubits dans un système, les ordinateurs quantiques peuvent calculer de manière exponentielle plus d’informations et résoudre des problèmes plus complexes.

Interférence quantique

L'interférence quantique est le comportement intrinsèque d'un qubit, dû à la superposition, pour influencer la probabilité de son effondrement d'une manière ou d'une autre. Les ordinateurs quantiques sont conçus et construits pour réduire autant que possible les interférences et garantir les résultats les plus précis. À cette fin, Microsoft utilise des qubits topologiques, qui sont stabilisés en manipulant leur structure et en les entourant de composés chimiques qui les protègent des interférences extérieures.

Comment fonctionne l’informatique quantique ?

Un ordinateur quantique comporte trois parties principales :

• Une zone qui abrite les qubits
• Une méthode pour transférer des signaux vers les qubits
• Un ordinateur classique pour exécuter un programme et envoyer des instructions.

Pour certaines méthodes de stockage de qubits, l’unité qui héberge les qubits est maintenue à une température juste au-dessus du zéro absolu afin de maximiser leur cohérence et de réduire les interférences. D'autres types de boîtiers de qubits utilisent une chambre à vide pour minimiser les vibrations et stabiliser les qubits. Les signaux peuvent être envoyés aux qubits à l’aide de diverses méthodes, notamment les micro-ondes, le laser et la tension.

Utilisations et domaines d'application de l'ordinateur quantique

Un ordinateur quantique ne peut pas tout faire plus rapidement qu'un ordinateur classique, mais il existe quelques domaines dans lesquels les ordinateurs quantiques ont le potentiel d'avoir un impact important.

Simulation quantique

Les ordinateurs quantiques fonctionnent exceptionnellement bien pour modéliser d’autres systèmes quantiques car ils utilisent des phénomènes quantiques dans leurs calculs. Cela signifie qu’ils peuvent gérer la complexité et l’ambiguïté des systèmes qui surchargeraient les ordinateurs classiques. Les exemples de systèmes quantiques que nous pouvons modéliser incluent la photosynthèse, la supraconductivité et les formations moléculaires complexes.

Cryptographie

La cryptographie classique, telle que l'algorithme Rivest-Shamir-Adleman (RSA), largement utilisé pour sécuriser la transmission de données, repose sur la difficulté de résoudre des problèmes tels que la factorisation entière ou les logarithmes discrets. Beaucoup de ces problèmes peuvent être résolus plus efficacement grâce aux ordinateurs quantiques.

Optimisation

L'optimisation est le processus consistant à trouver la meilleure solution à un problème compte tenu du résultat souhaité et des contraintes. Dans le domaine scientifique et industriel, les décisions critiques sont prises en fonction de facteurs tels que le coût, la qualité et le temps de production, qui peuvent tous être optimisés. En exécutant des algorithmes d’optimisation d’inspiration quantique sur des ordinateurs classiques, nous pouvons trouver des solutions qui étaient auparavant impossibles. Cela nous aide à trouver de meilleures façons de gérer des systèmes complexes tels que les flux de trafic, les affectations des portes d'embarquement, les livraisons de colis et le stockage d'énergie.

Apprentissage automatique quantique

L'apprentissage automatique sur ordinateurs classiques révolutionne le monde de la science et des affaires. Cependant, la formation de modèles d’apprentissage automatique entraîne un coût de calcul élevé, ce qui a entravé la portée et le développement du domaine. Pour accélérer les progrès dans ce domaine, nous étudions les moyens de concevoir et de mettre en œuvre des logiciels quantiques permettant un apprentissage automatique plus rapide.

Recherche

Un algorithme quantique développé en 1996 a considérablement accéléré la solution aux recherches de données non structurées, en exécutant la recherche en moins d'étapes que n'importe quel algorithme classique.

Fiche traduit en français à partir du site Azure :

https://azure.microsoft.com/en-us/resources/cloud-computing-dictionary/what-is-quantum-computing/