Voilà ce qu’il en est des ordinateurs quantiques : Comment fonctionnent-ils ?

‍Les ordinateurs quantiques ne ressemblent à aucun autre ordinateur que nous avons vu auparavant. Ils ont la capacité de résoudre des problèmes qui sont insolubles pour les ordinateurs traditionnels, comme trouver les solutions optimales à des problèmes complexes. Cela fait des ordinateurs quantiques l’outil parfait pour s’attaquer à des problèmes dans des domaines comme l’IA et le ML, où il y a tellement de facteurs en jeu qu’un ordinateur traditionnel mettrait des millions d’années à les traiter. Pour comprendre comment fonctionne l’informatique quantique, abordons d’abord ce qu’est un ordinateur quantique, ce qu’il peut faire et pourquoi il peut le faire. Cet article examine le fonctionnement des ordinateurs quantiques, en des termes suffisamment simples pour être compris par des lecteurs non techniques.

Qu’est-ce qu’un ordinateur quantique ?

Un ordinateur quantique est un dispositif qui utilise la mécanique quantique pour résoudre des problèmes complexes. Le principal exemple d’un tel ordinateur est la machine de Turing quantique, qui est un dispositif capable de manipuler des états quantiques pour résoudre n’importe quel problème de calcul. Les ordinateurs quantiques diffèrent des ordinateurs conventionnels à bien des égards. Les ordinateurs conventionnels utilisent des transistors pour stocker des informations sous forme de 0 et de 1, tandis que les ordinateurs quantiques utilisent des bits quantiques (qubits) pour stocker des informations sous forme de 0 et de 1, ainsi que toute combinaison de ces nombres. En outre, les ordinateurs conventionnels ont une architecture binaire – avec une mémoire, des unités de traitement et des systèmes d’entrée/sortie – alors que les ordinateurs quantiques ont une architecture quantique, qui ne peut être fabriquée qu’en tenant compte de la physique quantique.

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Comment fonctionnent les ordinateurs quantiques ?

Un ordinateur quantique fonctionne en exploitant la physique quantique pour résoudre des problèmes plus rapidement qu’un ordinateur ordinaire. Il utilise des bits quantiques, ou qubits, plutôt que des bits binaires (par exemple, les bits utilisés dans les ordinateurs classiques). Un qubit est comme un 0, un 1 ou une combinaison des deux. Avec un ordinateur quantique, de nombreux calculs peuvent être effectués en même temps. En effet, un ordinateur quantique peut effectuer deux calculs en même temps sans devoir attendre la fin de chaque calcul. Un ordinateur classique est composé de transistors qui sont soit allumés, soit éteints. Un ordinateur quantique est différent d’un ordinateur classique car il utilise des bits quantiques, ou qubits. Un qubit peut être simultanément dans n’importe quelle combinaison d’états actifs et inactifs. Cela permet à un ordinateur quantique d’effectuer de nombreux calculs en même temps.

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Algorithme de Shor et intrication quantique

L’algorithme quantique le plus célèbre est sans doute l’algorithme de Shor, qui peut factoriser rapidement de grands nombres. Il est utilisé dans la cryptographie à clé publique, qui sécurise les ordinateurs, les réseaux et les transactions électroniques. L’algorithme de Shor repose sur la capacité des ordinateurs quantiques à utiliser l’intrication quantique. L’intrication quantique est le phénomène étrange qui se produit lorsque deux particules sont liées de telle manière qu’un changement dans une particule affecte instantanément l’autre particule. Les ordinateurs quantiques utilisent cette intrication pour effectuer des calculs complexes très rapidement.

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Informatique quantique et intelligence artificielle

L’informatique quantique est principalement utilisée pour l’intelligence artificielle, ou IA. Les ordinateurs quantiques sont particulièrement efficaces pour résoudre des problèmes d’optimisation, tels que l’ordonnancement, la logistique et la recherche de la meilleure solution à un problème. L’IA nécessite la résolution de problèmes d’optimisation, de sorte que ces deux technologies vont de pair. L’application la plus célèbre des ordinateurs quantiques est l’apprentissage automatique, où des algorithmes apprennent aux ordinateurs à reconnaître des modèles. L’apprentissage automatique est la technologie qui se cache derrière les voitures à conduite autonome, la reconnaissance faciale et le traitement du langage naturel. Les ordinateurs quantiques excellent dans cette tâche parce qu’ils peuvent effectuer des calculs qui sont irréalisables pour les ordinateurs traditionnels. Par exemple, les ordinateurs quantiques peuvent modéliser des systèmes quantiques qui sont plusieurs ordres de grandeur plus grands que les plus grands systèmes que les superordinateurs peuvent modéliser aujourd’hui.

Limites des ordinateurs quantiques

Les ordinateurs quantiques sont exceptionnellement puissants, mais ils ont leurs limites, c’est pourquoi nous avons encore recours aux ordinateurs traditionnels. Les ordinateurs quantiques excellent dans les problèmes d’optimisation, tels que les prévisions, la logistique et l’ordonnancement. Ils peuvent également modéliser des systèmes quantiques qui sont plusieurs ordres de grandeur plus grands que les plus grands systèmes que les superordinateurs peuvent modéliser aujourd’hui. Cependant, les ordinateurs quantiques ne remplacent pas les ordinateurs traditionnels, car ils ne peuvent pas être utilisés pour la majorité des tâches. En outre, nous ne disposons pas d’ordinateurs quantiques suffisamment puissants pour résoudre des problèmes du monde réel dans un délai raisonnable.

Conclusion

Un ordinateur quantique est un dispositif puissant qui peut résoudre des problèmes complexes, comme l’optimisation de la logistique, de l’ordonnancement et des prévisions, beaucoup plus rapidement qu’un ordinateur classique. Les ordinateurs quantiques sont basés sur la physique quantique et utilisent des bits quantiques, ou qubits, qui peuvent être n’importe quelle combinaison de 0 et de 1 en même temps. Les ordinateurs quantiques utilisent l’intrication quantique et peuvent effectuer des calculs complexes très rapidement. Malgré leur immense puissance, les ordinateurs quantiques ont leurs limites. Ils sont les meilleurs pour optimiser les problèmes et modéliser les systèmes quantiques, mais ils ne peuvent pas être utilisés pour la majorité des tâches qu’un ordinateur classique peut effectuer. Par exemple, les ordinateurs quantiques ne peuvent pas être utilisés pour l’hébergement de sites web, le traitement de texte ou d’autres tâches qui nécessitent le stockage et la gestion de grandes quantités de données. Malgré leurs limites, les ordinateurs quantiques seront essentiels au développement de nouvelles technologies. Ils seront utilisés pour résoudre des problèmes complexes dans de nouveaux domaines, tels que la blockchain et la médecine, et révolutionneront l’IA.