Les jours des ordinateurs traditionnels peuvent être comptés. La loi de Moore stipule que le nombre de transistors (les parties d’ordinateurs qui traitent l’information) sur une unité centrale disponible dans le commerce doublera tous les deux ans. Cela semble génial, au début, mais au fur et à mesure que les entreprises essaient de presser de plus en plus de transistors sur le CPU, des problèmes commencent à émerger. Les puces produites par Pentium aujourd’hui ont été réduites à seulement 20 atomes de diamètre, et quand ce nombre tombera à cinq, il y aura de sérieux problèmes. Comme le dit le physicien théoricien Michio Kaku, « la puissance de l’ordinateur ne peut tout simplement pas maintenir son ascension exponentielle rapide en utilisant la technologie du silicium standard ». Quelque chose de nouveau doit prendre sa place, et cette nouvelle chose pourrait bien être des ordinateurs quantiques.
Enchevêtrement et superpositions
Au niveau atomique, un nouvel ensemble de lois commence à entrer en jeu, et celles-ci commencent déjà à poser des problèmes aux fabricants d’ordinateurs. Pour comprendre les bases de l’informatique quantique, il faut comprendre quelques phénomènes inhabituels du monde de la mécanique quantique. C’est le monde atomique ; un monde dans lequel on peut difficilement dire où se trouve n’importe quoi et où un électron peut tourner dans deux directions simultanément. Tu crois que c’est absurde ? L’ordinateur que vous utilisez pour lire cet article est basé sur les règles de la mécanique quantique. En d’autres termes, les applications sont très réelles.
Les deux idées les plus importantes que vous devez comprendre sont l’enchevêtrement et les superpositions. Les électrons, qui orbitent autour des noyaux d’atomes, ont une propriété appelée spin, et ils peuvent tourner vers le haut ou vers le bas. Ils viennent aussi en paires, et ces paires tournent dans des directions opposées. Sans regarder de très près, il est impossible de savoir de quel côté d’une paire d’électrons tourne. L’interprétation standard de la mécanique quantique dit que l’électron est dans une superposition de rotation vers le haut et vers le bas (et chaque endroit entre les deux) jusqu’à ce que nous l’examinions, ce qui le fait revenir à un état.
Les paires elles-mêmes sont enchevêtrées, ce qui signifie que si l’une tourne vers le haut, l’autre est vers le bas et vice-versa. En termes simples, si vous avez deux électrons dans une paire, les deux existent dans une superposition de rotation vers le haut et vers le bas jusqu’à ce que vous regardiez l’un d’entre eux. A ce stade, l’électron observé revient à un état (vers le haut, par exemple) et son partenaire enchevêtré prend l’état opposé (vers le bas). Einstein appelait cela « l’action effrayante à distance ». Les superpositions et l’effet de nos observations ne sont pas faciles à comprendre, mais elles sont essentielles pour l’informatique quantique.
Bits et qubits
Les ordinateurs ordinaires fonctionnent sur la base de « bits », qui sont des positions « on » et « off » représentées par des uns et des zéros (nombres binaires). En raison des superpositions, un ordinateur quantique, fait d’objets quantiques comme les électrons, les photons et les atomes, peut aussi être un un un et un zéro simultanément. Ces nouveaux bits sont appelés « qubits », ou bits quantiques. Dans un système binaire à trois bits, un ordinateur classique peut représenter n’importe quel nombre de zéro à sept à n’importe quel moment. Trois qubits, par contre, dans des états de superposition peuvent représenter tous les nombres en même temps.
Les superpositions signifient essentiellement que les qubits peuvent effectuer de nombreux calculs simultanément, plutôt qu’un à la fois comme les ordinateurs conventionnels. Cela signifie qu’un ordinateur de 30 qubits serait l’équivalent d’un ordinateur ordinaire travaillant à 10 téraflops par seconde. C’est simplement une mesure de la vitesse de traitement, et tout ce que vous devez savoir pour saisir la vaste augmentation de la puissance de traitement que les ordinateurs quantiques pourraient apporter, c’est que nos ordinateurs actuels sont mesurés en gigaflops par seconde.
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