Que sont les ordinateurs quantiques ? Le principe de fonctionnement et la photo d'un ordinateur quantique

L'humanité, comme il y a 60 ans, est à nouveau au bord d'une percée majeure dans le domaine de la technologie informatique. Très bientôt, les ordinateurs quantiques remplaceront les machines informatiques d'aujourd'hui.

Quels progrès ont été réalisés

En 1965, Gordon Moore a déclaré qu'en un an, le nombre de transistors pouvant tenir dans une puce en silicium double. Ce rythme de progression s'est ralenti récemment, et le doublement se produit moins fréquemment - une fois tous les deux ans. Même à ce rythme, dans un avenir proche, les transistors pourront atteindre la taille d'un atome. Plus loin - la ligne, qui est impossible à franchir. Du point de vue de la structure physique du transistor, elle ne peut en aucun cas être inférieure à des valeurs atomiques. Augmenter la taille de la puce ne résout pas le problème. Le travail des transistors est associé à la libération d'énergie thermique et les processeurs ont besoin d'un système de refroidissement de haute qualité. L'architecture multicœur ne résout pas non plus la question de la croissance future. Le pic du développement de la technologie des processeurs modernes arrive bientôt.
Les développeurs ont compris ce problème à une époque où les ordinateurs personnels commençaient tout juste à apparaître parmi les utilisateurs. En 1980, l'un des fondateurs de l'informatique quantique, le professeur soviétique Yuri Manin, a formulé l'idée de l'informatique quantique. Un an plus tard, Richard Feyman proposait le premier modèle d'ordinateur doté d'un processeur quantique. Les fondements théoriques de ce à quoi devraient ressembler les ordinateurs quantiques ont été formulés par Paul Benioff.

Comment fonctionne un ordinateur quantique

Pour comprendre le fonctionnement d'un nouveau processeur, vous devez avoir au moins une connaissance superficielle des principes de la mécanique quantique. Cela n'a aucun sens de donner ici des dispositions mathématiques et d'en dériver des formules. Pour le profane, il suffit de se familiariser avec trois traits distinctifs de la mécanique quantique :

L'état ou la position d'une particule n'est déterminé qu'avec un degré de probabilité.
Si une particule peut avoir plusieurs états, alors elle est dans tous les états possibles à la fois. C'est le principe de superposition.
Le processus de mesure de l'état d'une particule conduit à la disparition de la superposition. Il est caractéristique que la connaissance obtenue par la mesure sur l'état de la particule diffère de l'état réel de la particule avant les mesures.

Du point de vue du bon sens - un non-sens complet. Dans notre monde ordinaire, ces principes peuvent être représentés comme suit : la porte de la pièce est fermée et en même temps elle est ouverte. Fermé et ouvert en même temps.

C'est la différence frappante dans le calcul. Un processeur ordinaire opère dans ses actions avec un code binaire. Les bits informatiques ne peuvent être que dans un seul état - avoir une valeur logique de 0 ou 1. Les ordinateurs quantiques fonctionnent avec des qubits, qui peuvent avoir une valeur logique de 0, 1, 0 et 1 à la fois. Pour résoudre certains problèmes, ils auront un avantage de plusieurs millions de dollars sur les ordinateurs traditionnels. Aujourd'hui, il existe déjà des dizaines de descriptions d'algorithmes de travail. Les programmeurs créent un code de programme spécial qui peut fonctionner sur de nouveaux principes de calcul.

Où la nouvelle machine informatique sera appliquée

Une nouvelle approche du processus de calcul vous permet de travailler avec d'énormes quantités de données et d'effectuer des opérations de calcul instantanées. Avec l'avènement des premiers ordinateurs, certaines personnes, y compris des hommes d'État, avaient un grand scepticisme quant à leur utilisation dans l'économie nationale. Il y a des gens aujourd'hui qui sont pleins de doutes sur l'importance des ordinateurs d'une génération fondamentalement nouvelle. Pendant assez longtemps, les revues techniques ont refusé de publier des articles sur l'informatique quantique, considérant qu'il s'agissait d'un stratagème frauduleux courant pour tromper les investisseurs.

La nouvelle façon de calculer créera les conditions préalables à des découvertes scientifiques grandioses dans toutes les industries. La médecine résoudra de nombreux problèmes problématiques, qui se sont accumulés au cours des dernières années. Il sera possible de diagnostiquer le cancer à un stade plus précoce de la maladie qu'aujourd'hui. L'industrie chimique pourra synthétiser des produits aux propriétés uniques.

Une percée dans l'astronautique ne se fera pas attendre. Voler vers d'autres planètes deviendra aussi banal que les déplacements quotidiens autour de la ville. Le potentiel de l'informatique quantique transformera certainement notre planète au-delà de toute méconnaissance.

Une autre caractéristique distinctive des ordinateurs quantiques est la capacité du calcul quantique à récupérer rapidement le bon code ou le bon chiffre. Un ordinateur conventionnel exécute une solution d'optimisation mathématique de manière séquentielle, en itérant une option après l'autre. Le concurrent quantique travaille avec l'ensemble des données à la fois, choisissant instantanément les options les plus appropriées dans un délai sans précédent. Les transactions bancaires seront décryptées en un clin d'œil, ce qui n'est pas disponible pour les ordinateurs modernes.

Cependant, le secteur bancaire ne peut pas s'inquiéter - son secret sera sauvé par une méthode de cryptage quantique avec un paradoxe de mesure. Lorsque vous essayez de casser le code, le signal transmis sera déformé. Les informations reçues n'auront aucun sens. Les services secrets, pour lesquels l'espionnage est courant, s'intéressent aux possibilités de l'informatique quantique.

Difficultés de construction

La difficulté réside dans la création des conditions dans lesquelles un bit quantique peut être en état de superposition pendant un temps infiniment long.

Chaque qubit est un microprocesseur qui fonctionne selon les principes de la supraconductivité et les lois de la mécanique quantique.

Un certain nombre de conditions environnementales uniques sont créées autour des éléments microscopiques de la machine logique :

température 0,02 degré Kelvin (-269,98 Celsius);
un système de protection contre les rayonnements magnétiques et électriques (réduit l'impact de ces facteurs de 50 000 fois);
système d'évacuation de la chaleur et d'amortissement des vibrations ;
raréfaction de l'air en dessous de la pression atmosphérique par 100 milliards de fois.

Une légère déviation de l'environnement fait que les qubits perdent instantanément leur état de superposition, provoquant leur dysfonctionnement.

Devant toute la planète

Tout ce qui précède pourrait être attribué à la créativité de l'esprit enflammé de l'auteur d'histoires de science-fiction, si Google, en collaboration avec la NASA, n'avait pas acheté un ordinateur quantique D-Wave avec un processeur contenant 512 qubits d'une société de recherche canadienne dernière an.

Avec son aide, le leader du marché de la technologie informatique résoudra les problèmes d'apprentissage automatique en triant et en analysant de grandes quantités de données.

Snowden, qui a quitté les États-Unis, a également fait une importante déclaration révélatrice - la NSA prévoit également de développer son propre ordinateur quantique.

2014 - le début de l'ère des systèmes D-Wave

L'athlète canadien à succès Geordie Rose, après un accord avec Google et la NASA, a commencé à construire un processeur de 1000 qubits. Le futur modèle dépassera le premier prototype commercial d'au moins 300 000 fois en termes de vitesse et de volume de calcul. L'ordinateur quantique, dont la photo se trouve ci-dessous, est la première version commerciale au monde d'une technologie informatique fondamentalement nouvelle.

Pour s'engager dans des développements scientifiques, il a été incité par sa connaissance à l'université des travaux de Colin Williams sur l'informatique quantique. Il faut dire que Williams est actuellement employé par la Rose Corporation en tant que chef de projet commercial.

Percée ou tromperie scientifique

Rose lui-même ne sait pas exactement ce que sont les ordinateurs quantiques. En dix ans, son équipe est passée de la création d'un processeur à 2 qubits à la première idée commerciale d'aujourd'hui.

Dès le début de ses recherches, Rose a cherché à créer un processeur avec un nombre minimum de 1 000 qubits. Et il devait absolument avoir une version commerciale - pour vendre et gagner de l'argent.

Beaucoup, connaissant l'obsession et le sens commercial de Rose, essaient de l'accuser de contrefaçon. Apparemment, le processeur le plus ordinaire est émis en tant que processeur quantique. Ceci est facilité par le fait que la nouvelle technique présente des performances phénoménales lors de l'exécution de certains types de calculs. Sinon, il se comporte comme un ordinateur tout à fait ordinaire, seulement très cher.

Quand apparaîtront-ils

Ce ne sera pas long à attendre. Le groupe de recherche, organisé par les co-acquéreurs du prototype, rendra prochainement compte des résultats des recherches sur le D-Wave.
Peut-être que le temps arrive bientôt où les ordinateurs quantiques transformeront notre compréhension du monde qui nous entoure. Et toute l'humanité en ce moment atteindra un niveau supérieur de son évolution.