Qu'est-ce que c'est et pourquoi le voulons-nous?

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Résumé

• La suprématie quantique est obtenue lorsqu'un ordinateur quantique peut résoudre des problèmes peu pratiques pour les ordinateurs classiques en raison des contraintes de temps.

• Les ordinateurs quantiques diffèrent en fonctionnement, en utilisant des qubits qui peuvent représenter un seul et un zéro simultanément.

• La révolution de la suprématie quantique révolutionnerait diverses industries et rendrait le cryptage actuel inefficace.

Avec chaque jour qui passe, les ordinateurs quantiques se rapprochent des ordinateurs pratiques qui peuvent être utilisés dans diverses industries et horizons, mais quels sont réellement les scientifiques et les ingénieurs? Quand ces ordinateurs seront-ils prêts?

Une mesure est celle de la « suprématie quantique ». Une fois la suprématie quantique démontrée, elle inaugurera l'ère des ordinateurs quantiques pour de vrai, mais qu'est-ce que cela signifie pour les ordinateurs quantiques d'avoir la suprématie?

Comprendre la suprématie quantique

En principe, la suprématie quantique est quelque chose qui doit être démontré par rapport aux ordinateurs « classiques ». Autrement dit, l'ordinateur que vous utilisez en ce moment pour lire ceci. Il utilise la logique binaire pour effectuer des calculs. À la base, ce sont tout et zéros.

Un ordinateur quantique a une « suprématie quantique » lorsqu'il peut faire un calcul qui n'est pas pratique pour un ordinateur classique à faire car il faudrait trop de temps pour être utile. Nous savons de l'Alan Turing Machine de Turing universelle que vous pouvez calculer la réponse à tout ce que vous pouvez exprimer mathématiquement avec un ordinateur classique. C'est juste que la réponse pourrait prendre plusieurs milliers de fois plus longtemps à calculer que l'âge de l'univers!

C'est en fait le bon moment pour s'arrêter et regarder cette brève explication des machines Universal Turing à partir du canal ComputerPhile.

Il semble contre-intuitif qu'une machine aussi simple pourrait calculer efficacement n'importe quel algorithme, mais les mathématiques ont été vérifiées par des personnes qui sont des ordres de grandeur plus intelligents que moi, donc je suppose que je devrai prendre leur parole pour cela.

Ainsi, le cœur de la suprématie montre que les ordinateurs quantiques peuvent résoudre certains problèmes que les ordinateurs classiques peuvent également résoudre, mais ne peuvent pas résoudre à des fins pratiques.

Comment les ordinateurs classiques et quantiques sont différents

Comment les ordinateurs quantiques (en théorie) peuvent-ils sauter apparemment tout ce qui fonctionne et atteindre la réponse tellement plus rapidement qu'un ordinateur classique? Tout dépend de la façon dont ces différents systèmes informatiques fonctionnent.

Un ordinateur classique traite les informations sous forme de code binaire. Tout dans un ordinateur se résume aux données représentées d'une manière ou d'une autre en tant que zéro. De ceux-ci et des zéros, nous pouvons construire des codes de manipulation de symboles. Par exemple, si vous avez huit bits (chiffres binaires), vous avez 256 permutations possibles de celles et zéros. Ce qui signifie que vous pouvez représenter 256 numéros, qui peuvent chacun représenter quelque chose. Il y a 128 caractères ASCII standard représentés par un numéro binaire sept bits. L'ensemble ASCII à huit bits étendu a 256 caractères.

Au fur et à mesure que vous augmentez la longueur du bit, vous augmentez de façon exponentielle le nombre de valeurs que vous pouvez représenter, c'est pourquoi un ordinateur 32 bits ne peut aborder que 4GIB de RAM, mais un ordinateur 64 bits peut aborder (en théorie) 16 exabytes de la substance.

Ceci est vraiment utile car vous pouvez représenter ces deux états à bien des égards, tels que les forces de champ magnétique sur bande, les fosses et les terres sur un CD, ou les niveaux de charge électrique à l'intérieur d'un CPU ou les cellules mémoire d'un SSD.

Les ordinateurs Qautum diffèrent fondamentalement des ordinateurs classiques. Au lieu de chiffres binaires appelés bits, ils utilisent des chiffres quantiques appelés « Qubits ». Un qubit utilise des phénomènes quantiques et peut être un ou un zéro en même temps. Parce que chaque bit est en « superposition », l'ordinateur quantique peut calculer toutes les réponses possibles en même temps. Ensuite, lorsque vous mesurez la valeur des qubits, ils s'effondrent dans la bonne réponse.

Oui, je ne sais pas non plus comment cela fonctionne non plus.

Néanmoins, sur la base de leur fonctionnement et de ce qu'ils fonctionnent, ces ordinateurs quantiques ont le potentiel d'ordinateur en quelques secondes ce qui prendrait les ordinateurs classiques les plus rapides du monde des millions d'années et de l'énergie de notre système solaire. Alors pourquoi ne sont-ils pas déjà suprême?

Eh bien, d'une chose, les qubits sont incroyablement fragiles, et le nombre d'entre eux doit être considérablement mis à l'échelle pour qu'un ordinateur quantique soit réellement utile. Les ordinateurs quantiques existants n'ont qu'une poignée de qubits et sont bons pour un peu plus que de prouver que le concept fonctionne.

La principale chose que les scientifiques et les ingénieurs travaillent est de créer des qubits robustes, de trouver comment en entasser autant dans un ordinateur quantique que possible, et peut-être que tout fonctionne à température ambiante.

Les allégations de suprématie quantique sont controversées

Google a affirmé en 2019 que son processeur Sycamore de 53 qubit avait atteint la suprématie quantique en résolvant un problème complexe en 200 secondes – une tâche qu'ils estimaient prendre le supercalculateur classique le plus puissant du monde des milliers d'années. C'était pour un problème spécifique appelé «échantillonnage de circuits aléatoires» et non suprématie générale.

IBM, un leader de l'informatique classique et quantique, a fait valoir que leurs superordinateurs classiques pouvaient, avec des optimisations intelligentes, résoudre le même problème beaucoup plus rapidement que les estimations initiales de Google, la modification de la véritable suprématie avait été atteinte.

Il est également intéressant qu'il y ait eu un recul contre le terme « suprématie », qui, selon certains universitaires, a des connotations problématiques qui évoquent inutilement des problèmes sociaux non liés basés sur la race ou l'ethnicité. C'est pourquoi certaines personnes préfèrent utiliser « Avantage quantique » pour signifier la même chose, mais vous trouverez des utilisations des deux termes partout.

Que se passe-t-il lorsque nous réalisons la suprématie pour de vrai?

Alors, que se passe-t-il lorsque les ordinateurs quantiques se rassemblent enfin et peuvent résoudre des problèmes qui prennent trop de temps et sont trop chers pour les ordinateurs actuels? La vérité est que le monde changera probablement de manière profonde, et c'est sans tenir compte de la façon dont la révolution récente de l'IA a déjà fait exploser les portes de certains problèmes, tels que la prédiction de pratiquement toutes les structures protéiques auxquelles nous pouvons penser.

Le grand que tout le monde a probablement entendu parler est que tout notre fort cryptage actuel sera inutile du jour au lendemain. Ces algorithmes de cryptage fonctionnent spécifiquement sur le principe qu'ils sont rapides et bon marché pour appliquer en utilisant un ordinateur classique, mais ils prendraient des milliers ou des millions d'années à craquer.

Eh bien, un ordinateur quantique avec des qubits suffisants pourrait ouvrir ces serrures virtuelles comme si elles n'étaient pas là. Bien sûr, nous avons déjà conçu des méthodes de chiffrement post-quantum qui sont difficiles, même pour les ordinateurs quantiques, en théorie. Pourtant, beaucoup de données seront ouvertes rétroactivement et cela pourrait être mauvais pour des raisons évidentes.

Bien que l'IA ait fait un travail formidable en accélérant la science des matériaux et la recherche médicale, les ordinateurs quantiques pourraient amplifier encore plus cela, nous aidant à trouver rapidement de nouveaux médicaments et autres produits chimiques.

En parlant d'IA, l'ajout de certains qubits dans le mélange pourrait vraiment suralimenter les états mentaux de notre meilleure IA aujourd'hui, ce qui leur permet de considérer un grand nombre de possibilités presque instantanément.

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Si rien d'autre, les ordinateurs quantiques seront probablement excellents dans la logistique, ce qui rend notre consommation d'énergie et les ressources beaucoup mieux, et peut-être se débarrasser des embouteillages pour toujours. Maintenant, c'est une cause, je pense que nous pouvons tous prendre du retard.