Comment fonctionnent les ordinateurs quantiques ?

Les ordinateurs quantiques effectuent des calculs basés sur la probabilité de l’état d’un objet avant qu’il ne soit mesuré – au lieu de se contenter de 1 ou de 0 – ce qui signifie qu’ils ont la possibilité de traiter un nombre exponentiel de données par rapport aux ordinateurs classiques.

Les ordinateurs classiques effectuent des opérations logiques en utilisant la position définie d’un état physique. Ces états sont généralement binaires, ce qui signifie que leurs opérations sont basées sur l’une des deux positions. Un état unique – tel qu’allumé ou éteint, haut ou bas, 1 ou 0 – est appelé un bit.

En informatique quantique, les opérations utilisent plutôt l’état quantique d’un objet pour produire ce que l’on appelle un qubit. Ces états sont les propriétés non définies d’un objet avant qu’elles ne soient détectées, comme le spin d’un électron ou la polarisation d’un photon.

Au lieu d’avoir une position claire, les états quantiques non mesurés se présentent dans une “superposition” mixte, un peu comme une pièce de monnaie qui tourne dans l’air avant d’atterrir dans votre main.

Ces superpositions peuvent être enchevêtrées avec celles d’autres objets, ce qui signifie que leurs résultats finaux seront mathématiquement liés, même si nous ne savons pas encore ce qu’ils sont.

Les mathématiques complexes qui se cachent derrière ces états instables de “pièces de monnaie enchevêtrées” peuvent être intégrées dans des algorithmes spéciaux pour résoudre rapidement des problèmes qui prendraient beaucoup de temps à un ordinateur classique… si tant est qu’il puisse les calculer.

De tels algorithmes seraient utiles pour résoudre des problèmes mathématiques complexes, produire des codes de sécurité difficiles à casser ou prévoir les interactions entre plusieurs particules dans les réactions chimiques.

Types d’ordinateurs quantiques

Pour construire un ordinateur quantique fonctionnel, il faut maintenir un objet dans un état de superposition suffisamment longtemps pour y effectuer divers processus.

Malheureusement, dès qu’une superposition rencontre des matériaux qui font partie d’un système mesuré, elle perd son état intermédiaire dans ce qu’on appelle la décohérence et devient un vieux bit classique ennuyeux.

Les dispositifs doivent être capables de protéger les états quantiques de la décohérence, tout en les rendant faciles à lire.

Différents procédés s’attaquent à ce défi sous différents angles, qu’il s’agisse d’utiliser des procédés quantiques plus robustes ou de trouver de meilleurs moyens de vérifier les erreurs.

La suprématie de l’informatique quantique

Pour l’instant, la technologie classique peut gérer n’importe quelle tâche confiée à un ordinateur quantique. La suprématie quantique décrit la capacité d’un ordinateur quantique à surpasser ses homologues classiques.

Certaines entreprises, telles qu’IBM et Google, affirment que nous n’en sommes peut-être pas loin, car elles continuent d’assembler davantage de qubits et de construire des dispositifs plus précis.

Tout le monde n’est pas convaincu que les ordinateurs quantiques en valent la peine. Certains mathématiciens pensent que certains obstacles sont pratiquement impossibles à surmonter, ce qui met l’informatique quantique hors de portée.

Le temps nous dira qui a raison.

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