▷ Qu'est-ce qu'un processeur quantique et comment fonctionne-t-il?

Vous vous demandez peut-être ce qu'est un processeur quantique et comment fonctionne-t-il ? Dans cet article, nous allons nous plonger dans ce monde et essayer d'en savoir plus sur cet être étrange qui fera peut-être un jour partie de notre magnifique châssis RVB, quantique bien sûr.

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Comme tout dans cette vie, vous vous adaptez ou vous mourez. Et c'est précisément ce qui se passe avec la technologie et pas précisément dans une gamme de millions d'années en tant qu'êtres vivants, mais en quelques années ou mois. La technologie progresse à un rythme vertigineux et les grandes entreprises innovent constamment dans leurs composants électroniques. Plus d'énergie et moins de consommation pour protéger l'environnement sont les lieux à la mode aujourd'hui. Nous avons atteint un point où la miniaturisation des circuits intégrés atteint presque la limite physique. Intel dit que ce sera 5 nm, au-delà de ce qu'il n'y aura pas de loi de Moore valide. Mais un autre chiffre gagne en force, et c'est le processeur quantique. Bientôt, nous commençons à expliquer tous ses avantages.

Avec IBM comme précurseur, de grandes entreprises comme Microsoft, Google, Intel et la NASA sont déjà enhardies dans une lutte pour voir qui peut construire le processeur quantique le plus fiable et le plus puissant. Et c'est sûrement l'avenir proche. Nous voyons ce qu'est ce processeur quantique

Avons-nous besoin d'un processeur quantique

Les processeurs actuels sont basés sur des transistors. En utilisant une combinaison de transistors, les portes logiques sont construites pour traiter les signaux électriques qui les traversent. Si nous joignons une série de portes logiques, nous obtiendrons un processeur.

Le problème est alors dans son unité de base, les transistors. Si nous les miniaturisons, nous pouvons en placer plus en un seul endroit, offrant ainsi plus de puissance de traitement. Mais bien sûr, il y a une limite physique à tout cela, lorsque nous atteignons des transistors si petits qu'ils sont de l'ordre du nanomètre, nous rencontrons des problèmes pour que les électrons qui circulent à l'intérieur d'eux le fassent correctement. Il est possible que ceux-ci glissent hors de leur canal, entrent en collision avec d'autres éléments à l'intérieur du transistor et provoquent des défaillances de chaîne.

Et c'est précisément le problème, que nous atteignons actuellement la limite de sécurité et de stabilité pour fabriquer des processeurs utilisant des transistors classiques.

Informatique quantique

La première chose que nous devons savoir, c'est ce qu'est l'informatique quantique, et ce n'est pas facile à expliquer. Ce concept s'écarte de ce que nous connaissons aujourd'hui sous le nom d'informatique classique, qui utilise des bits ou des états binaires de "0" (0, 5 volt) et "1" (3 volts) d'une impulsion électrique pour former des chaînes logiques d'informations calculables.

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L'informatique quantique utilise quant à elle le terme qubit ou coudée pour désigner des informations exploitables. Un qubit contient non seulement deux états tels que 0 et 1 mais il est également capable de contenir simultanément 0 et 1 ou 1 et 0, c'est-à-dire qu'il peut avoir ces deux états en même temps. Cela implique que nous n'avons pas d'élément qui prend des valeurs discrètes 1 ou 0, mais, puisqu'il peut contenir les deux états, il a un caractère continu et en son sein, certains états qui seront de plus en moins stables.

Plus il y a de qubits, plus les informations peuvent être traitées

C'est précisément dans la capacité d'avoir plus de deux états et d'en avoir plusieurs en même temps que réside sa puissance. Nous pourrons peut-être faire plus de calculs simultanément et en moins de temps. Plus il y a de qubits, plus les informations peuvent être traitées, en ce sens, elles sont similaires aux processeurs traditionnels.

Comment fonctionne un ordinateur quantique

L'opération est basée sur les lois quantiques qui régissent les particules qui forment le processeur quantique. Toutes les particules ont des électrons en plus des protons et des neutrons. Si nous prenons un microscope et voyons un flux de particules électroniques, nous pourrions voir qu'elles ont un comportement similaire à celui des ondes. Ce qui caractérise une onde, c'est qu'elle est un transport d'énergie sans le transport de matière, par exemple le son, ce sont des vibrations que nous ne pouvons pas voir, mais nous savons qu'elles voyagent dans l'air jusqu'à ce qu'elles atteignent nos oreilles.

Eh bien, les électrons sont des particules qui peuvent se comporter soit comme une particule, soit comme une onde et c'est ce qui fait que les états se chevauchent et 0 et 1 peuvent se produire en même temps. C'est comme si les ombres d'un objet étaient projetées, sous un certain angle, nous trouvons une forme et une autre. La conjonction des deux forme la forme de l'objet physique.

Ainsi, au lieu de deux valeurs 1 ou 0 que nous connaissons comme des bits, qui sont basées sur des tensions électriques, ce processeur est capable de travailler avec plus d'états appelés quanta. Un quantum, en plus de mesurer la valeur minimale qu'une grandeur peut prendre (par exemple 1 volt), est également capable de mesurer la plus petite variation possible que ce paramètre peut subir lors du passage d'un état à un autre (par exemple, être capable de différencier la forme d'un objet au moyen de deux ombres simultanées).

On peut avoir 0, 1 et 0 et 1 en même temps, c'est-à-dire des bits superposés les uns sur les autres

Pour être clair, nous pouvons avoir 0, 1 et 0 et 1 en même temps, c'est-à-dire des bits superposés les uns sur les autres. Plus il y a de qubits, plus nous pouvons avoir de bits les uns sur les autres et plus nous pouvons avoir de valeurs simultanément. De cette façon, dans un processeur 3 bits, nous devrons effectuer des tâches qui ont l'une de ces 8 valeurs, mais pas plus d'une à la fois. d'autre part, pour un processeur à 3 qubit, nous aurons une particule qui peut prendre huit états à la fois, puis nous pourrons effectuer des tâches avec huit opérations simultanément

Pour nous donner une idée, l'unité de processeur la plus puissante jamais créée a actuellement une capacité de 10 téraflops, soit environ 10 milliards d'opérations en virgule flottante par seconde. Un processeur à 30 qubits pourrait effectuer le même nombre d'opérations. IBM possède déjà un processeur quantique 50 bits et nous sommes encore dans la phase expérimentale de cette technologie. Imaginez jusqu'où nous pouvons aller, comme vous pouvez le voir, les performances sont beaucoup plus élevées que dans un processeur normal. À mesure que les qubits d'un processeur quantique augmentent, les opérations qu'il peut effectuer se multiplient de façon exponentielle.

Comment pouvez-vous créer un processeur quantique

Grâce à un appareil capable de travailler avec des états continus au lieu de n'avoir que deux possibilités, il est possible de repenser des problèmes jusqu'alors impossibles à résoudre. Ou résolvez également les problèmes actuels de manière plus rapide et plus efficace. Toutes ces possibilités s'ouvrent avec une machine quantique.

Pour «quantifier» les propriétés des molécules, il faut les amener à des températures proches du zéro absolu.

Pour atteindre ces états, nous ne pouvons pas utiliser de transistors basés sur des impulsions électriques qui seront finalement un 1 ou un 0. Pour ce faire, nous devrons regarder plus loin, en particulier les lois de la physique quantique. Nous devrons nous assurer que ces qubit physiquement formés par des particules et des molécules sont capables de faire quelque chose de similaire à ce que font les transistors, c'est-à-dire d'établir des relations entre eux de manière contrôlée afin qu'ils nous offrent les informations que nous voulons.

C'est ce qui est vraiment compliqué et le sujet à surmonter en informatique quantique. Pour «quantifier» les propriétés des molécules qui composent le processeur, il faut les amener à des températures proches du zéro absolu (-273, 15 degrés Celsius). Pour que la machine sache comment différencier un état d'un autre, nous devons les rendre différents, par exemple, un courant de 1 V et 2 V, si nous mettons une tension de 1, 5 V, la machine ne saura pas que c'est l'un ou l'autre. Et c'est ce qui doit être réalisé.

Inconvénients de l'informatique quantique

Le principal inconvénient de cette technologie est précisément celui de contrôler ces différents états à travers lesquels la matière peut passer. Avec des états simultanés, il est très difficile d'effectuer des calculs stables à l'aide d'algorithmes quantiques. C'est ce qu'on appelle l'incohérence quantique, bien que nous n'entrions pas dans des jardins inutiles. Ce que nous devons comprendre, c'est que plus nous aurons de qubits, plus il y aura d'états, et plus le nombre d'états sera grand, plus nous aurons de vitesse, mais aussi plus difficiles à contrôler seront les erreurs dans les changements de matière qui se produisent.

De plus, les règles régissant ces états quantiques des atomes et des particules disent que nous ne pourrons pas observer le processus de calcul pendant qu'il se déroule, car si nous interférions avec lui, les états superposés seraient complètement détruits.

Les états quantiques sont extrêmement fragiles, et les ordinateurs doivent être complètement isolés sous vide et à des températures proches du zéro absolu pour atteindre un taux d'erreur de l'ordre de 0, 1%. Soit les fabricants de refroidissement liquide mettent les piles ou nous manquons d'ordinateur quantique pour Noël. En raison de tout cela, au moins à moyen terme, il y aura des ordinateurs quantiques pour les utilisateurs, peut-être qu'il y en aura quelques-uns distribués dans le monde dans les conditions requises et que nous pourrons y accéder via Internet.

Usages

Avec leur puissance de traitement, ces processeurs quantiques seront principalement utilisés pour le calcul scientifique et pour résoudre des problèmes auparavant insolubles. Le premier des domaines d'application est peut-être la chimie, précisément parce que le processeur quantique est un élément basé sur la chimie des particules. Grâce à celui-ci on a pu étudier les états quantiques de la matière, aujourd'hui impossibles à résoudre par les ordinateurs conventionnels.

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Après cela, il pourrait avoir des applications pour l'étude du génome humain, l'investigation des maladies, etc. Les possibilités sont énormes et les revendications sont réelles, nous ne pouvons donc qu'attendre. Nous serons prêts pour la révision du processeur quantique!