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Qu'est-ce que l'informatique quantique changera exactement?

Qu'est-ce que l'informatique quantique changera exactement?

En janvier dernier, IBM a annoncé lors du Consumer Electronics Show de Las Vegas qu’elle présentait le premier ordinateur quantique intégré au monde à des fins commerciales et de recherche, qui sera disponible plus tard cette année. Cela a relancé la couverture médiatique, généralement haletante, sur la façon dont les ordinateurs quantiques vont tout changer. La vérité est que nous ne sommes pas vraiment sûrs de ce que l’informatique quantique va changer, mais cela ne signifie pas que c’est un battage médiatique. Cela ne «changera peut-être pas tout», mais il est probable que rien ne restera insensible, même indirectement.

Qu'est-ce que l'informatique quantique et que fait-elle?

L'informatique quantique, c'est quand un ordinateur utilise la superposition quantique de particules pour stocker des données comme le fait un peu dans un ordinateur classique. Les Qubits, comme on les appelle, existent dans un état indéterminé limité inclusivement par 1 et 0. Cela signifie qu'ils peuvent être 1, 0, ou les deux 1 et 0 parce que l'univers n'a pas encore décidé lequel il veut être.

Cela nous permet d'effectuer plusieurs calculs à la fois en exploitant les superpositions de ces qubits, ouvrant la porte à la résolution de classes de problèmes qui pourraient nécessiter des centaines voire des milliers d'années à résoudre à l'aide d'un ordinateur classique.

Cependant, il y a un hic. L'informatique quantique est une chose extrêmement délicate car le maintien d'une particule quantique en suspension dans une superposition ne peut être effectué que pendant environ 100 microsecondes. Il a également besoin de températures extrêmement froides et de supraconducteurs, pas exactement de choses qui vont s'intégrer dans votre iPhone. Ce type de matériel fait des ordinateurs quantiques des équipements hautement spécialisés qui ne sont vraiment pratiques que pour des tâches très spécifiques pour le moment, des choses comme la modélisation de prédiction et des problèmes d'optimisation sur des systèmes complexes avec un grand nombre de variables.

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Et même dans ce cas, leur utilisation devra dans un premier temps être rationnée pendant un certain temps, comme l'étaient les anciens UNIVAC. Le CDC utilisera des ordinateurs quantiques pour modéliser la saison grippale à venir, de sorte que les hôpitaux locaux qui ne sont pas de grands centres de recherche devront attendre au milieu vers l'arrière d'une très longue file d'attente jusqu'à ce qu'ils aient terminé. À moins que Goldman Sachs ne se montre obligé de faire des prévisions financières avant d'arriver en tête de file.

Alors, qu'est-ce qui va changer avec l'informatique quantique?

Tout d'abord, la seule chose que nous savons avec certitude est que le cryptage RSA moderne est toast. Le cryptage RSA repose sur l'impossibilité pratique pour un ordinateur classique de trouver les bons facteurs premiers d'un très grand entier, comme un grand type de 500 chiffres. Cela pourrait prendre des centaines d'années en utilisant nos algorithmes les plus efficaces sur un ordinateur classique, et des milliers d'années si vous essayiez simplement de forcer votre chemin vers une réponse.

La raison pour laquelle cela peut être résolu avec un ordinateur quantique est qu'il a déjà été résolu par Peter Shor en 1994. L'algorithme de Shor, comme sa solution est appelée, a besoin d'un ordinateur quantique suffisamment puissant pour fonctionner afin de casser le cryptage RSA, et un n'existe pas encore. Bientôt, ce sera le cas, et la façon dont nous sécurisons les données sera aussi efficace que l'utilisation d'un loquet auto-agrippant sur votre porte d'entrée pour sécuriser votre maison. Nous devrons inventer une manière totalement différente de sécuriser toutes nos données existantes, ce que nous savons.

Quant aux choses que nous pense l'informatique quantique va changer, le premier candidat est la façon dont nous organisons les systèmes au niveau macro comme les infrastructures de télécommunications et les routes. Comment rendre ces systèmes équilibrés de manière optimale entre le coût et l'utilité est un exemple du type de problème que les ordinateurs quantiques pourraient résoudre grâce à la superposition quantique de qubits.

Le même problème d'optimisation affecte la chaîne d'approvisionnement mondiale, et ce n'est pas rien. Le secteur des transports gaspille une somme d'argent indescriptible - nous parlons peut-être de centaines de milliards de dollars ici - en raison des types d'inefficiences cachées que l'optimisation identifiera.

Et non seulement les gouvernements et les entreprises bénéficieront probablement de l'informatique quantique, mais la médecine, l'astronomie et d'autres sciences sont d'excellents candidats pour des progrès transformateurs. Les astronomes traquant les exoplanètes ont des montagnes de pétaoctets de données qui doivent être traitées afin d'en tirer des informations scientifiquement pertinentes, et c'est le type de traitement de données que nous pensons que l'informatique quantique changera de manière transformatrice.

En médecine, l'informatique quantique peut éventuellement accélérer le rythme des percées médicales à un rythme incroyable en traitant les types de problèmes à variables multiples qui font de la recherche dans ces domaines un tel défi. En exploitant la superposition quantique des qubits pour modéliser les types d'analyse utilisés lors de la recherche de maladies et du développement de nouveaux médicaments, nous pourrions découvrir toutes sortes de nouveaux médicaments et traitements auxquels personne n'aurait jamais pensé.

Le développement le plus significatif pourrait être en physique, où les chercheurs explorant la supraconductivité espèrent un jour utiliser l'informatique quantique pour identifier un matériau supraconducteur à température ambiante en utilisant des qubits pour modéliser différents composés et tester leurs caractéristiques.

Si un tel supraconducteur est trouvé, alors que volonté tout changer, honnêtement. Cela nous permettrait d'éliminer les pertes d'énergie liées au transport d'électricité et de transformer notre réseau énergétique, en réduisant la production d'électricité nécessaire pour tout alimenter à une fraction de ce qu'elle est aujourd'hui. Si nous réduisons suffisamment nos besoins en énergie et que nous pourrions alimenter le monde grâce aux énergies renouvelables très, très bientôt.

Alors, que ne peuvent pas faire les ordinateurs quantiques?

La force de calcul quantique réside dans les superpositions de ses qubits. Ce que nous faisons avec ces données, cependant, ne sera pas du tout aidé par l'informatique quantique, du moins pas du tout que nous pouvons voir maintenant. Un ordinateur quantique ne «exécutera pas un programme» comme le font nos ordinateurs aujourd'hui; les ordinateurs quantiques devraient exécuter les instructions d'un programme ligne par ligne, comme le ferait un ordinateur classique. La superposition n'aide généralement pas à rendre cela plus rapide.

Il est concevable qu'après que les physiciens et les chimistes aient découvert un supraconducteur à température ambiante, ils pourraient être suffisamment petits pour s'adapter à des serveurs de réseau ou à des ordinateurs personnels, mais si nous utilisons un jour l'informatique quantique dans nos tâches informatiques quotidiennes, il est plus probable que notre ordinateur classique a atteint un point dans un programme qui nécessite le type de tâche qui est le mieux géré par un ordinateur quantique, comme la factorisation d'un entier, et il se connecterait soit à un ordinateur quantique basé sur le cloud pour traiter ce problème pour un résultat , ou utilisez une puce quantique intégrée, un QPU, pour le résoudre de la même manière que le traitement graphique offshore du processeur actuel vers le GPU.

Les augmentations de performances d'un million de fois que certains prévoient cependant ne se produiront vraiment que sur des programmes mal écrits qui s'enlisent à plusieurs reprises en exécutant des algorithmes inutilement complexes qui sont transmis à un QPU. Aucun programme bien écrit ne mettra en œuvre un algorithme de factorisation par force brute dans un programme que chacun de nous est susceptible d'exécuter dans notre vie quotidienne.

Nous ne connaissons tout simplement pas les limites des algorithmes quantiques

Cela dit, personne ne pensait que le Mark 1 ou l'UNIVAC deviendraient autre chose qu'une calculatrice de taille de pièce. Ils ne pouvaient pas prévoir les types d'utilisations auxquelles ces calculs seraient destinés.

Aujourd'hui, nous construisons des calculatrices quantiques de la taille d'une pièce et c'est tout ce que nous pouvons vraiment les voir; un jour, quelqu'un nous montrera comment nous pensions beaucoup trop petit. Après tout, il a fallu attendre que les développeurs du langage BASIC aient inclus une commande INPUT lors de la troisième révision du langage que quiconque s'est rendu compte qu'il pouvait maintenant écrire un programme fonctionnant comme un jeu et l'exécuter sur un ordinateur central.

Même les jeux vidéo les plus avancés ou juste les 1 et 0. Les algorithmes et les périphériques d'E / S tels que les moniteurs et les claviers font de ces 1 et 0 plus que de simples calculs.

En fin de compte, il est trop tôt pour savoir quoi que ce soit avec certitude sans avoir l'air d'un idiot dans 10 ans. Les informaticiens et mathématiciens théoriques, qui développent souvent les algorithmes qui sont incorporés dans les programmes que nous utilisons dans notre vie quotidienne, commencent seulement maintenant à explorer quels types d'algorithmes quantiques peuvent fonctionner sur un ordinateur quantique. Après avoir développé ces derniers, il appartiendra à d'autres de mettre en œuvre ces nouveaux algorithmes quantiques dans différents types de programmation.

Ce que nous pouvons dire, cependant, c'est que les choses volonté changer avec l'informatique quantique et le développement ultérieur d'algorithmes quantiques avancés et que ce changement arrive bientôt.


Voir la vidéo: Introduction à linformatique quantique (Novembre 2021).