Le qubit à ions piégés correspond à des orientations magnétiques d'ions, généralement de calcium, maintenus sous vide. Il fonctionne lui aussi à très basse température. Un laser sert à la mesure et exploite le phénomène de fluorescence des ions excités par le laser.
1 - Comment fonctionne un ordinateur quantique ? Un ordinateur quantique est l'équivalent d'un ordinateur classique, sauf que ses calculs sont effectués à l'échelle atomique. Il se base sur les lois de la physique quantique, qui s'intéresse au comportement de la matière et de la lumière au niveau microscopique.
Un calculateur quantique (quantum computer en anglais, parfois traduit par processeur quantique, ordinateur quantique ou système informatique quantique) utilise les propriétés quantiques de la matière, telles que la superposition et l'intrication afin d'effectuer des opérations sur des données.
Mesure d'un qubit
Quand un qubit donné par le vecteur d'état quantique [αβ] est mesuré, nous obtenons le résultat 0 avec la probabilité |α|2 et le résultat 1 avec la probabilité |β|2 . Si le résultat est 0 , le nouvel état du qubit est [10] ; si le résultat est 1 , son état est [01] .
La mécanique quantique décrit le nuage électronique sous la forme d'orbitales dont la forme reflète la probabilité de présence de chaque électron dans l'espace. Cette description sous forme d'orbitales permet de décrire et comprendre la façon dont les atomes se rassemblent pour constituer molécules ou solides.
La décohérence en est l'obstacle majeur : l'ordinateur quantique, pour calculer de manière bien plus rapide et efficace qu'un ordinateur classique, va utiliser la superposition et l'intrication d'états qui sont beaucoup plus sensibles à l'environnement que les états classiques.
Un ordinateur quantique utilise les propriétés de la mécanique quantique telles que la superposition et l'intrication[2] pour traiter les données. Des particules élémentaires de matière, comme les photons, remplacent les bits.
En décembre 2019, Google a certes affirmé avoir atteint la suprématie quantique à l'aide d'une machine de 53 qubits, le processeur Sycamore, qui a, selon l'entreprise, été utilisé pour effectuer en un peu plus de trois minutes une opération qui aurait pris 10 000 ans à un ordinateur traditionnel.
Une porte qui agit sur un qubit est représentée par une matrice unitaire 2 × 2 U . L'action de la porte quantique se calcule en multipliant la matrice représentant la porte avec le vecteur qui représente l'état quantique. Il s'agit de la forme la plus générale d'un qubit unitaire/unique.
Plusieurs d'entre eux sont particulièrement reconnus dans le domaine du quantique, à commencer par Serge Haroche, prix Nobel en 2012, mais aussi Alain Aspect, Philippe Grangier et Jean Dalibard, pour leurs expériences conduites à l'université d'Orsay en 1982 sur l'intrication quantique.
Le processeur quantique Eagle d'IBM de 127 qubits est le plus puissant au monde. IBM a dévoilé son dernier et plus puissant processeur quantique, qui représente une avancée majeure dans le secteur de l'informatique quantique. Nommé Eagle, le processeur de 127 qubits est le premier de son genre à dépasser les 100 qubit.
L'un des principaux problèmes auxquels sont confrontés les ordinateurs quantiques est celui de la quantité de puissance de calcul stable nécessaire à l'exécution de certains algorithmes. Une question qui ne sera pas réglée avant quelques années, en raison de l'immaturité relative de la technologie.
La physique quantique est un ensemble de théories physiques nées au XX e siècle, qui décrivent le comportement des atomes et des particules et permettent d'élucider certaines propriétés du rayonnement électromagnétique.
Les calculs sont effectués à partir de données : des données en binaire contenu de la mémoire. Ces tensions de 0 Volt ou 5 Volt sont appliquées aux bornes des portes logiques et ce sont elles (les portes logiques) qui calculent et qui donnent un résultat en sortie.
Un ordinateur quantique basé sur des qubits supraconducteurs, par exemple, est refroidi à des températures de l'ordre du millikelvin (ce qui est plus froid que l'espace interstellaire) et est contrôlé à l'aide de micro-ondes2.
théorie physique qui traite du comportement des objets physiques au niveau microscopique [atome, noyau, particules].
Le bit quantique ou qubit est l'unité élémentaire pouvant porter une information quantique. Comme le 1 et le 0 sont les deux états d'un bit classique ordinaire, un qubit est la superposition cohérente d'au moins deux états de base quantiques, que l'on peut noter |0> et |1>.
L'une des solutions pour créer un qubit consiste à élaborer un "point quantique" qui est fondamentalement un électron piégé dans une cage d'atomes, performance technique qui est aujourd'hui accessible aux laboratoires de Bell ou d'IBM par exemple qui peuvent manipuler des atomes individuellement.
L'esprit quantique ou encore la conscience quantique est une hypothèse qui suggère que des phénomènes quantiques, tels l'intrication et la superposition d'états, sont impliqués dans le fonctionnement du cerveau et en particulier, dans l'émergence de la conscience.
Dans cet objectif, la France a notamment pour ambition d'être parmi les premières nations à développer un ordinateur quantique universel à grande échelle. Elle espère disposer « d'un prototype complet d'ordinateur quantique généraliste de première génération » dès 2023.
Ça, ce sera pour 2022. Ensuite, à partir de 2025, on aura des démonstrateurs pour la viabilité économique par rapport à l'informatique traditionnelle. L'industrialisation des véritables ordinateurs quantiques, c'est pour 2028-2030, pour un déploiement à l'échelle des supercalculateurs traditionnels.
Les ordinateurs classiques traitent de l'information binaire, des 1 et des 0. L'informatique quantique va plus loin, grâce aux qubits, qui peuvent être à la fois 1 et 0. Cette faculté est ce que l'on appelle la superposition, un des avantages premiers de l'informatique quantique.
La cryptographie quantique, qui repose sur la transmission de qubits générés aléatoirement, assure l'inviolabilité des échanges en toutes circonstances. Ces qubits constituent des clefs, qui sont ensuite utilisées dans des protocoles de chiffrement classiques.
Lire aussi - L'ordinateur quantique, révolution ou impasse technique? Un supercalculateur, c'est un ordinateur capable d'exécuter un très grand nombre d'opérations en même temps, ce qu'on appelle des calculs haute performance (HPC).
Au lieu d'utiliser des bits qui ne peuvent prendre comme valeur que 0 ou 1, l'ordinateur quantique utilise des bits quantiques, ou qbits, qui ne prennent pas comme valeur 0 ou 1, mais une superposition de 0 et de 1.