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Téchnologies

Qu’est-ce que l’informatique quantique ?

    -L’informatique quantique est un domaine de l’informatique axé sur le développement de technologies basées sur les principes de la théorie quantique. L’informatique quantique utilise les comportements uniques de la physique quantique pour résoudre des problèmes trop complexes pour l’informatique classique. Le développement des ordinateurs quantiques marque un bond en avant dans la capacité de calcul, avec un potentiel de gains de performances massifs dans des cas d’utilisation spécifiques. Par exemple, l’informatique quantique devrait exceller dans des tâches telles que la factorisation et les simulations d’entiers et montre un potentiel d’utilisation dans des secteurs tels que la pharmacie, la santé, la fabrication, la cybersécurité et la finance. Selon la publication commerciale de l’industrie The Quantum Insider, il y a plus de 600 entreprises et plus de 30 laboratoires nationaux et agences gouvernementales dans le monde qui développent la technologie informatique quantique. Cela comprend des géants de la technologie basés aux États-Unis tels qu’Amazon, Google, Hewlett Packard Enterprise, Hitachi, IBM, Intel et Microsoft, ainsi que le Massachusetts Institute of Technology, l’Université d’Oxford et le Laboratoire national de Los Alamos. D’autres pays, dont le Royaume-Uni, l’Australie, le Canada, la Chine, l’Allemagne, Israël, le Japon et la Russie, ont réalisé des investissements importants dans les technologies d’informatique quantique. Le Royaume-Uni a récemment lancé un programme d’informatique quantique financé par le gouvernement. En 2020, le gouvernement indien a présenté sa mission nationale sur les technologies et applications quantiques. Le marché mondial de l’informatique quantique en 2021 était évalué à 395 millions de dollars, selon le rapport “Quantum Computing Market” de Markets N Research. Le rapport prévoit que le marché atteindra environ 532 millions de dollars américains d’ici 2028.

 

 -Bien que l’informatique quantique soit une technologie en émergence rapide, elle a le potentiel d’être une technologie perturbatrice une fois qu’elle a atteint sa maturité. Les entreprises d’informatique quantique apparaissent partout dans le monde, mais les experts estiment que cela pourrait prendre des années avant que l’informatique quantique n’offre des avantages pratiques. Le premier ordinateur quantique disponible dans le commerce a été lancé en 2011 par D-Wave Systems. En 2019, IBM a lancé le Quantum System One, et en novembre 2022, il a dévoilé le plus grand ordinateur quantique à ce jour, Osprey. Bien que l’idée d’utiliser un ordinateur quantique puisse être passionnante, il est peu probable que la plupart des organisations en construisent ou en achètent un. Au lieu de cela, ils peuvent choisir d’utiliser des services basés sur le cloud qui permettent un accès à distance. Par exemple, Amazon Braket, Microsoft Azure Quantum et Rigetti Quantum Cloud Services fournissent tous l’informatique quantique en tant que service.

 –Les ordinateurs quantiques commerciaux sont disponibles entre 5 000 et 15 millions de dollars, selon la puissance de traitement. Par exemple, un ordinateur quantique avec 50 qbits peut coûter jusqu’à 10 millions de dollars.

    -Comment fonctionne l’informatique quantique ?:

   -La théorie quantique explique la nature et le comportement de l’énergie et de la matière aux niveaux quantique, ou atomique et subatomique. L’informatique quantique tire parti du fonctionnement de la matière quantique : là où l’informatique classique utilise des bits binaires – des 1 et des 0 – l’informatique quantique utilise des 1, des 0 et à la fois un 1 et un 0 simultanément. L’ordinateur quantique gagne une grande partie de sa puissance de traitement car les bits peuvent être dans plusieurs états en même temps. Les ordinateurs quantiques sont composés d’une zone qui abrite des qubits, la méthode qui transfère les signaux aux qubits et un ordinateur classique qui exécute un programme et envoie des instructions. Un qubit, ou bit quantique, équivaut à un bit en informatique classique. Tout comme un bit est l’unité d’information de base dans un ordinateur classique, un qubit est l’unité d’information de base dans un ordinateur quantique. Les ordinateurs quantiques utilisent des particules telles que des électrons ou des photons qui reçoivent une charge ou une polarisation pour agir comme un 0, un 1 ou à la fois un 0 et un 1. Les deux aspects les plus pertinents de la physique quantique sont les principes de superposition et d’intrication. La superposition fait référence au placement des informations quantiques qu’un qubit contient dans un état de toutes les configurations possibles, tandis que l’intrication fait référence à un qubit qui en modifie directement un autre. Les ordinateurs quantiques ont tendance à être gourmands en ressources et nécessitent une quantité importante d’énergie et de refroidissement pour fonctionner correctement. Le matériel informatique quantique est principalement composé de systèmes de refroidissement qui maintiennent un processeur supraconducteur à une température de surfusion spécifique. Un réfrigérateur à dilution, par exemple, peut être utilisé comme liquide de refroidissement qui maintient la température dans une plage de milli-kelvin (mK). À titre d’exemple, IBM a utilisé ce liquide de refroidissement pour maintenir son système prêt pour le quantum à environ 25 mK, ce qui est comparable à -459 degrés Fahrenheit. À cette température extrêmement basse, les électrons peuvent circuler à travers les supraconducteurs, ce qui crée des paires d’électrons.

   -Caractéristiques de l’informatique quantique :

Les ordinateurs quantiques sont conçus pour effectuer des calculs complexes avec d’énormes quantités de données en utilisant les fonctionnalités suivantes :

Superposition. La superposition fait référence aux qubits qui sont dans toutes les configurations à la fois. Considérez un qubit comme un électron dans un champ magnétique. Le spin de l’électron peut être soit aligné avec le champ, appelé état de spin-up, soit opposé au champ, appelé état de spin-down. Changer le spin de l’électron d’un état à un autre est obtenu en utilisant une impulsion d’énergie, comme celle d’un laser. Si seulement une demi-unité d’énergie laser est utilisée et que la particule est isolée de toutes les influences extérieures, elle entre dans une superposition d’états. La particule se comporte comme si elle se trouvait simultanément dans les deux états.

Étant donné que les qubits prennent une superposition de 0 et 1, cela signifie que le nombre de calculs qu’un ordinateur quantique pourrait entreprendre est de 2 ^ n, où n est le nombre de qubits utilisés. Un ordinateur quantique composé de 500 qubits a le potentiel d’effectuer 2^500 calculs en une seule étape.

Enchevêtrement. Les particules d’intrication sont des paires de qubits intriqués qui existent dans un état où la modification d’un qubit modifie directement l’autre. Connaître l’état de spin d’une particule intriquée – vers le haut ou vers le bas – révèle le spin de l’autre dans la direction opposée. De plus, du fait de la superposition, la particule mesurée n’a pas de direction de spin unique avant d’être mesurée. L’état de spin de la particule mesurée est déterminé au moment de la mesure et communiqué à la particule connectée, qui assume simultanément la direction de spin opposée.

L’intrication quantique permet à des qubits séparés par de grandes distances d’interagir les uns avec les autres instantanément. Quelle que soit la distance entre les particules corrélées, elles restent intriquées tant qu’elles sont isolées.

-La superposition et l’intrication quantiques créent ensemble une puissance de calcul énormément améliorée. Si plus de qubits sont ajoutés, la capacité accrue est étendue de manière exponentielle.

  -Utilisations et avantages de l’informatique quantique:

-L’informatique quantique a le potentiel d’offrir les avantages suivants :

-Vitesse : Les ordinateurs quantiques sont incroyablement rapides par rapport aux ordinateurs classiques. Par exemple, l’informatique quantique a le potentiel d’accélérer les modèles de gestion de portefeuille financier, tels que le modèle de Monte Carlo pour évaluer la probabilité des résultats et les risques associés.
Capacité à résoudre des processus complexes : Les ordinateurs quantiques sont conçus pour effectuer plusieurs calculs complexes simultanément. Cela peut être particulièrement utile pour les factorisations, qui pourraient aider à développer des technologies de décryptage.
-Simulateurs : Les ordinateurs quantiques peuvent exécuter des simulations complexes. Ils sont suffisamment rapides pour être utilisés pour simuler des systèmes plus complexes que les ordinateurs classiques. Par exemple, cela pourrait être utile pour les simulations moléculaires, qui sont importantes dans le développement de médicaments sur ordonnance.
-Optimisation : Avec la capacité de l’informatique quantique à traiter d’énormes quantités de données complexes, elle a le potentiel de transformer l’intelligence artificielle et l’apprentissage automatique.

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