Un ordinateur quantique a peut-être résolu un problème en quelques minutes qui prendrait plus de 10 minutes au supercalculateur conventionnel le plus rapide, 000 ans. Un brouillon d'un article par des chercheurs de Google exposant la réalisation divulguée ces derniers jours, déclenchant une avalanche de couverture médiatique et de spéculation.

Bien que la recherche n'ait pas encore été évaluée par des pairs - la version finale de l'article devrait paraître bientôt - si tout se vérifie, cela représenterait "le premier calcul qui ne peut être effectué que sur un processeur quantique".

Cela semble impressionnant, Mais qu'est-ce que ça veut dire?

Informatique quantique :les bases

Pour comprendre pourquoi les ordinateurs quantiques sont si importants, il faut revenir au conventionnel, ou numérique, des ordinateurs.

Un ordinateur est un appareil qui prend une entrée, exécute une séquence d'instructions, et produit une sortie. Dans un ordinateur numérique, ces entrées, les instructions et les sorties sont toutes des séquences de 1 et de 0 (appelées individuellement bits).

Un ordinateur quantique fait la même chose, mais il utilise quantum morceaux, ou qubits. Où un bit ne prend qu'une des deux valeurs (1 ou 0), un qubit utilise les mathématiques complexes de la mécanique quantique, offrant un ensemble plus riche de possibilités.

La construction d'ordinateurs quantiques nécessite une ingénierie phénoménale. Ils doivent être isolés pour garantir que rien n'interfère avec les états quantiques délicats des qubits. C'est pourquoi ils sont conservés dans des chambres à vide contenant moins de particules que l'espace extra-atmosphérique, ou dans des réfrigérateurs plus froids que tout dans l'univers.

Mais en même temps, vous avez besoin d'un moyen d'interagir avec les qubits pour exécuter des instructions sur eux. La difficulté de cet équilibre signifie que la taille des ordinateurs quantiques a augmenté lentement.

Cependant, à mesure que le nombre de qubits connectés ensemble dans un ordinateur quantique augmente, il devient exponentiellement plus compliqué d'imiter son comportement avec un ordinateur numérique. L'ajout d'un seul qubit à votre ordinateur quantique pourrait doubler le temps qu'il faudrait à un ordinateur numérique pour effectuer des calculs équivalents.

Au moment où vous obtenez jusqu'à 53 qubits (c'est le nombre de la puce Sycomore utilisée par les chercheurs de Google), l'ordinateur quantique peut rapidement effectuer des calculs qui prendraient des milliers d'années à nos plus gros ordinateurs numériques (groupes de supercalculateurs).

Qu'est-ce que la suprématie quantique ?

Les ordinateurs quantiques ne seront pas plus rapides que les ordinateurs numériques pour tout. Nous savons qu'ils seront bons pour factoriser de grands nombres (ce qui est une mauvaise nouvelle pour la sécurité en ligne) et simuler certains systèmes physiques comme des molécules complexes (ce qui est une bonne nouvelle pour la recherche médicale). Mais dans de nombreux cas, ils n'auront aucun avantage, et les chercheurs travaillent toujours à déterminer exactement quels types de calculs ils peuvent accélérer et de combien.

La suprématie quantique était le nom donné au point hypothétique auquel un ordinateur quantique pourrait effectuer un calcul qu'aucun ordinateur numérique concevable ne pourrait effectuer dans un laps de temps raisonnable.

Les chercheurs de Google semblent maintenant avoir effectué un tel calcul, bien que le calcul lui-même soit à première vue sans intérêt.

La tâche consiste à exécuter une séquence d'instructions aléatoires sur l'ordinateur quantique, puis affiche le résultat de l'examen de ses qubits. Pour un nombre suffisant d'instructions, cela devient très difficile à imiter avec un ordinateur numérique.

Des ordinateurs quantiques utiles toujours pas en vue

L'idée de la suprématie quantique est populaire car il s'agit d'une étape importante, une monnaie précieuse dans le domaine hautement concurrentiel de la recherche en informatique quantique.

La réalisation de Google est techniquement impressionnante car elle nécessitait une programmation complète sur la puce de 53 qubits. Mais la tâche effectuée a été conçue spécifiquement pour démontrer la suprématie quantique, Et rien de plus. On ne sait pas si un tel appareil peut effectuer d'autres calculs qu'un ordinateur numérique ne peut pas également faire. En d'autres termes, cela ne signale pas l'arrivée de l'informatique quantique.

Un ordinateur quantique à usage général utilisable devra être beaucoup plus gros. Au lieu de 53 qubits, il en faudra des millions. (À proprement parler, cela nécessitera des milliers de qubits presque sans erreur, mais les produire impliquera des millions de qubits bruyants comme ceux de l'appareil Google.)

L'informatique quantique omniprésente est encore suffisamment éloignée pour que tenter de prédire quand cela se produira et pour quelles tâches utiles il sera finalement utilisé est une recette pour l'embarras, car l'histoire nous enseigne que des applications imprévues fleuriront à mesure que l'accès à de nouveaux outils sera disponible.

Un nouvel outil pour la science

D'un point de vue scientifique, l'avenir de l'informatique quantique est maintenant beaucoup plus excitant.

D'une part, le calcul quantique est confronté. De la même manière, les sorties des premiers ordinateurs numériques pouvaient être vérifiées par des calculs manuels, les sorties des ordinateurs quantiques étaient jusqu'à présent vérifiables par des ordinateurs numériques.

Ce n'est plus le cas. Mais c'est bien, car maintenant ces nouveaux appareils nous donnent de nouveaux outils scientifiques. Le simple fait de faire fonctionner ces appareils produit une physique exotique que nous n'avons jamais rencontrée dans la nature. La simulation de la physique quantique dans ce nouveau régime pourrait fournir de nouvelles perspectives dans tous les domaines de la science, depuis une compréhension plus détaillée des processus biologiques jusqu'à l'exploration des effets possibles de la physique quantique sur l'espace-temps.

Le calcul quantique représente un changement fondamental qui est maintenant en cours. Ce qui est le plus excitant n'est pas ce que nous pouvons faire avec un ordinateur quantique aujourd'hui, mais les vérités non découvertes qu'il révélera demain.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.