Quest-ce que linformatique quantique et pourquoi lavenir de la Terre en dépend-il ?

La puissance de calcul atteint un point critique. Si nous continuons à suivre la tendance en place depuis l'introduction des ordinateurs, d'ici 2040, nous n'aurons pas la capacité d'alimenter toutes les machines du monde, à moins de pouvoir cracker l'informatique quantique.

Les ordinateurs quantiques promettent des vitesses plus rapides et une sécurité plus robuste que leur homologue classique, et les scientifiques s'efforcent de créer un ordinateur quantique depuis des décennies.

Qu'est-ce que le quantum et comment nous aide-t-il ?

L'informatique quantique diffère de l'informatique classique d'une manière fondamentale : la manière dont les informations sont stockées. L'informatique quantique tire le meilleur parti d'une propriété étrange de la mécanique quantique, appelée superposition. Cela signifie qu'une «unité» peut contenir beaucoup plus d'informations que l'équivalent trouvé dans l'informatique classique.

Les informations sont stockées dans des ' bits ' à l'état ' 1 ' ou ' 0 ', comme un interrupteur qui s'allume ou s'éteint. En revanche, l'informatique quantique peut inclure une unité d'information qui peut être ' 1 ', ' 0 ' ou une superposition des deux états .

Considérez une superposition comme une sphère. ' 1 ' est écrit au pôle nord et ' 0 ' est écrit au sud - deux bits classiques. Cependant, un bit quantique (ou qubit) peut être trouvé n'importe où entre les pôles.

"Les bits quantiques qui peuvent être activés et désactivés en même temps fournissent un paradigme révolutionnaire et performant où les informations sont stockées et traitées plus efficacement", a déclaré le Dr Kuei- Lin Chiu à WebTech360 en 2017. Le Dr Chiu était chercheur pour le comportement mécanique quantique des matériaux au Massachusetts Institute of Technology.

La capacité de stocker une quantité beaucoup plus élevée d'informations dans une unité signifie que l'informatique quantique peut être plus rapide et plus économe en énergie que les ordinateurs que nous utilisons aujourd'hui. Alors pourquoi est-ce si difficile à réaliser ?

Faire des qubits

Les qubits, l'épine dorsale d'un ordinateur quantique, sont difficiles à fabriquer et, une fois établis, sont encore plus difficiles à contrôler. Les scientifiques doivent les faire interagir de manière spécifique qui fonctionnerait dans un ordinateur quantique.

Les chercheurs ont essayé d'utiliser des matériaux supraconducteurs, des ions retenus dans des pièges à ions, des atomes neutres individuels et des molécules de complexité variable pour les construire. Cependant, leur faire conserver longtemps des informations quantiques s'avère difficile.

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Dans des recherches récentes, des scientifiques du MIT ont conçu une nouvelle approche, utilisant un groupe de molécules simples composées de seulement deux atomes comme qubits.

"Nous utilisons des molécules ultra-froides comme" qubits "", a déclaré le professeur Martin Zwierlein, auteur principal de l'article, à WebTech360 en 2017. "Les molécules ont longtemps été proposées comme vecteurs d'informations quantiques, avec des propriétés très avantageuses par rapport à d'autres systèmes comme les atomes, les ions. , qubits supraconducteurs, etc. « Ici, nous montrons pour la première fois qu'il est possible de stocker de telles informations quantiques pendant de longues périodes dans un gaz de molécules ultrafroides. Bien sûr, un éventuel ordinateur quantique devra également faire des calculs, par exemple, faire interagir les qubits les uns avec les autres pour réaliser ce que l'on appelle des "portes". Zwierlein a poursuivi: "Mais d'abord, vous devez montrer que vous pouvez même conserver des informations quantiques, et c'est ce que nous avons fait."

Les qubits créés au MIT ont conservé les informations quantiques plus longtemps que les tentatives précédentes, mais toujours seulement pendant une seconde. Ce délai peut sembler court, mais il est "en fait de l'ordre de mille fois plus long qu'une expérience comparable qui a été réalisée", a expliqué Zwierlein.

Plus récemment, des chercheurs de l'Université de Nouvelle-Galles du Sud ont fait une percée significative dans la poussée vers l'informatique quantique. Ils ont inventé un nouveau type de qubit appelé qubit flip-flop , qui utilise l'électron et le noyau d'un atome de phosphore. Ils sont contrôlés par un signal électrique au lieu d'un signal magnétique, ce qui facilite leur distribution. Le qubit "flip-flop" fonctionne en éloignant l'électron du noyau à l'aide d'un champ électrique, créant ainsi un dipôle électrique.

Au-delà des qubits

Cependant, ce ne sont pas seulement les qubits que les scientifiques doivent comprendre. Ils doivent également déterminer le matériau pour fabriquer avec succès des puces informatiques quantiques.

L'article de Chiu , publié plus tôt en 2017, a trouvé des couches ultra-minces de matériaux qui pourraient former la base d'une puce informatique quantique. Chiu a déclaré à WebTech360 : "Ce qui est intéressant dans cette recherche, c'est comment nous choisissons le bon matériau, découvrons ses propriétés uniques et utilisons son avantage pour construire un qubit approprié."

"La loi de Moore prédit que la densité des transistors sur les puces en silicium double environ tous les 18 mois", a déclaré Chiu à WebTech360. "Cependant, ces transistors progressivement rétrécis atteindront éventuellement une petite échelle où la mécanique quantique jouera un rôle important."

La loi de Moore, à laquelle Chiu a fait référence, est un terme informatique développé par le co-fondateur d'Intel, Gordon Moore, en 1970. Elle stipule que la puissance de traitement globale des ordinateurs double environ tous les deux ans. Comme l'indique Chiu, la densité des puces diminue, un problème auquel les puces informatiques quantiques peuvent potentiellement répondre.

L'informatique quantique est-elle le vaporware ultime ?

Qu'est-ce qu'un vaporware ?

Au cas où vous n'auriez jamais entendu parler du terme vaporware , il s'agit essentiellement d'un produit lié à un logiciel qui est annoncé mais qui n'est pas encore disponible ou qui ne le sera peut-être jamais. Un exemple est un produit logiciel qui a été fortement commercialisé mais qui n'a jamais vu le jour.

Bien que des personnes aient fait des prédictions optimistes pendant des décennies sur l'impact des ordinateurs quantiques et les diverses avancées dans les environnements commerciaux et de recherche, à quel point sommes-nous proches de réaliser le rêve de l'informatique quantique ? Cette situation est-elle une prédiction du futur vaporware, ou deviendra-t-elle quelque chose d'utile ?

Nous plongeons dans la  réalité de l'informatique quantique  dans un autre article. En résumé, un ordinateur quantique effectuera probablement un calcul très irréaliste plus rapidement qu'un ordinateur conventionnel d'ici un an ou deux. Cependant, ce ne sera pas un processus simple, et ce ne sera pas bon marché ou avantageux pour les consommateurs de tous les jours.