Course quantique

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Comment les ordinateurs quantiques vont changer le monde : l'avenir des ordinateurs P7

David Tal, éditeur, futuriste
@DavidTalWrites
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Mon, 09 / 14 / 2020 - 05: 14

Il y a beaucoup de battage médiatique autour de l'industrie informatique en général, un battage médiatique centré sur une technologie spécifique qui a le potentiel de tout changer : les ordinateurs quantiques. Étant l'homonyme de notre entreprise, nous admettrons un parti pris dans notre optimisme autour de cette technologie, et au cours de ce dernier chapitre de notre série Future of Computers, nous espérons partager avec vous pourquoi.

À la base, un ordinateur quantique offre la possibilité de manipuler l'information d'une manière fondamentalement différente. En fait, une fois cette technologie mature, ces ordinateurs résoudront non seulement les problèmes mathématiques plus rapidement que n'importe quel ordinateur existant actuellement, mais aussi n'importe quel ordinateur qui devrait exister au cours des prochaines décennies (en supposant que la loi de Moore soit vraie). En effet, similaire à notre discussion autour de supercalculateurs dans notre dernier chapitre, les futurs ordinateurs quantiques permettront à l'humanité d'aborder des questions toujours plus vastes qui peuvent nous aider à acquérir une compréhension profondément plus profonde du monde qui nous entoure.

Que sont les ordinateurs quantiques ?

Mis à part le battage médiatique, en quoi les ordinateurs quantiques sont-ils différents des ordinateurs standard ? Et comment fonctionnent-ils ?

Pour les apprenants visuels, nous recommandons de regarder cette courte vidéo amusante de l'équipe YouTube de Kurzgesagt sur ce sujet :

En attendant, pour nos lecteurs, nous ferons de notre mieux pour expliquer les ordinateurs quantiques sans avoir besoin d'un diplôme en physique.

Pour commencer, nous devons nous rappeler que l'unité de base du traitement informatique de l'information est un peu. Ces bits peuvent prendre l'une des deux valeurs suivantes : 1 ou 0, activé ou désactivé, oui ou non. Si vous combinez suffisamment de ces bits ensemble, vous pouvez alors représenter des nombres de n'importe quelle taille et faire toutes sortes de calculs dessus, les uns après les autres. Plus la puce informatique est grande ou puissante, plus les nombres que vous pouvez créer et appliquer sont grands, et plus vous pouvez passer rapidement d'un calcul à l'autre.

Les ordinateurs quantiques sont différents de deux manières importantes.

Premièrement, il y a l'avantage de la "superposition". Alors que les ordinateurs traditionnels fonctionnent avec des bits, les ordinateurs quantiques fonctionnent avec des qubits. L'effet de superposition que les qubits permettent est qu'au lieu d'être contraint à l'une des deux valeurs possibles (1 ou 0), un qubit peut exister comme un mélange des deux. Cette fonctionnalité permet aux ordinateurs quantiques de fonctionner plus efficacement (plus rapidement) que les ordinateurs traditionnels.

Deuxièmement, il y a l'avantage de "l'enchevêtrement". Ce phénomène est un comportement unique de la physique quantique qui lie le destin d'une quantité de particules différentes, de sorte que ce qui arrive à l'une affectera les autres. Appliqué aux ordinateurs quantiques, cela signifie qu'ils peuvent manipuler tous leurs qubits simultanément - en d'autres termes, au lieu de faire un ensemble de calculs les uns après les autres, un ordinateur quantique pourrait les faire tous en même temps.

La course pour construire le premier ordinateur quantique

Cette rubrique est un peu abusive. Des entreprises leaders comme Microsoft, IBM et Google ont déjà créé les premiers ordinateurs quantiques expérimentaux, mais ces premiers prototypes comportent moins de deux douzaines de qubits par puce. Et bien que ces premiers efforts soient un excellent premier pas, les entreprises technologiques et les départements de recherche gouvernementaux devront construire un ordinateur quantique comportant au moins 49 à 50 qubits pour que le battage médiatique atteigne son potentiel théorique dans le monde réel.

À cette fin, un certain nombre d'approches sont expérimentées pour atteindre ce jalon de 50 qubits, mais deux se tiennent au-dessus de tous les arrivants.

Dans un camp, Google et IBM visent à développer un ordinateur quantique en représentant les qubits comme des courants circulant dans des fils supraconducteurs refroidis à -273.15 degrés Celsius, ou zéro absolu. La présence ou l'absence de courant représente un 1 ou un 0. L'avantage de cette approche est que ces fils ou circuits supraconducteurs peuvent être construits à partir de silicium, un matériau avec lequel les sociétés de semi-conducteurs ont des décennies d'expérience de travail.

La deuxième approche, dirigée par Microsoft, implique des ions piégés maintenus en place dans une chambre à vide et manipulés par des lasers. Les charges oscillantes fonctionnent comme des qubits, qui sont ensuite utilisés pour traiter les opérations de l'ordinateur quantique.

Comment nous utiliserons les ordinateurs quantiques

Bon, mettant la théorie de côté, concentrons-nous sur les applications réelles que ces ordinateurs quantiques auront sur le monde et sur la façon dont les entreprises et les gens s'y engagent.

Problèmes de logistique et d'optimisation. Parmi les utilisations les plus immédiates et les plus rentables des ordinateurs quantiques figurera l'optimisation. Pour les applications de covoiturage, comme Uber, quel est l'itinéraire le plus rapide pour prendre et déposer le plus de clients possible ? Pour les géants du commerce électronique, comme Amazon, quel est le moyen le plus rentable de livrer des milliards de colis pendant la ruée vers les achats de cadeaux de Noël ?

Ces questions simples impliquent de calculer des centaines à des milliers de variables à la fois, un exploit que les superordinateurs modernes ne peuvent tout simplement pas gérer ; au lieu de cela, ils calculent un petit pourcentage de ces variables pour aider ces entreprises à gérer leurs besoins logistiques de manière moins qu'optimale. Mais avec un ordinateur quantique, il tranchera une montagne de variables sans transpirer.

Le temps et le climat la modélisation. Semblable au point ci-dessus, la raison pour laquelle le canal météo se trompe parfois est qu'il y a trop de variables environnementales à traiter pour leurs superordinateurs (cela et parfois une mauvaise collecte de données météorologiques). Mais avec un ordinateur quantique, les météorologues peuvent non seulement prévoir parfaitement les modèles météorologiques à court terme, mais ils peuvent également créer des évaluations climatiques à long terme plus précises pour prédire les effets du changement climatique.

Médecine personnalisée. Décoder votre ADN et votre microbiome unique est crucial pour que les futurs médecins prescrivent des médicaments parfaitement adaptés à votre corps. Alors que les superordinateurs traditionnels ont fait des progrès dans le décodage de l'ADN de manière rentable, le microbiome est bien au-delà de leur portée, mais pas pour les futurs ordinateurs quantiques.

Les ordinateurs quantiques permettront également à Big Pharma de mieux prédire comment différentes molécules réagissent avec leurs médicaments, accélérant ainsi considérablement le développement pharmaceutique et faisant baisser les prix.

Exploration de l'espace. Les télescopes spatiaux d'aujourd'hui (et de demain) collectent chaque jour d'énormes quantités de données d'imagerie astrologique qui suivent les mouvements de billions de galaxies, d'étoiles, de planètes et d'astéroïdes. Malheureusement, c'est beaucoup trop de données pour que les superordinateurs d'aujourd'hui puissent passer au crible pour faire des découvertes significatives sur une base régulière. Mais avec un ordinateur quantique mature combiné à l'apprentissage automatique, toutes ces données peuvent enfin être traitées efficacement, ouvrant la porte à la découverte quotidienne de centaines, voire de milliers de nouvelles planètes d'ici le début des années 2030.

Sciences fondamentales. Semblable aux points ci-dessus, la puissance de calcul brute que ces ordinateurs quantiques permettent aux scientifiques et aux ingénieurs de concevoir de nouveaux produits chimiques et matériaux, ainsi que des moteurs plus performants et, bien sûr, des jouets de Noël plus frais.

Apprentissage automatique. En utilisant des ordinateurs traditionnels, les algorithmes d'apprentissage automatique ont besoin d'une quantité gigantesque d'exemples organisés et étiquetés (big data) pour acquérir de nouvelles compétences. Avec l'informatique quantique, les logiciels d'apprentissage automatique peuvent commencer à apprendre davantage comme les humains, ce qui leur permet d'acquérir de nouvelles compétences en utilisant moins de données, des données plus désordonnées, souvent avec peu d'instructions.

Cette application est également un sujet d'excitation parmi les chercheurs dans le domaine de l'intelligence artificielle (IA), car cette capacité d'apprentissage naturelle améliorée pourrait accélérer les progrès de la recherche en IA de plusieurs décennies. Plus d'informations à ce sujet dans notre série sur l'avenir de l'intelligence artificielle.

Chiffrement. Malheureusement, c'est l'application qui inquiète la plupart des chercheurs et des agences de renseignement. Tous les services de cryptage actuels dépendent de la création de mots de passe qui prendraient des milliers d'années à un supercalculateur moderne pour être déchiffrés ; les ordinateurs quantiques pourraient théoriquement déchirer ces clés de chiffrement en moins d'une heure.

Banque, communication, services de sécurité nationale, Internet lui-même dépend d'un cryptage fiable pour fonctionner. (Oh, et oubliez également le bitcoin, étant donné sa dépendance fondamentale au cryptage.) Si ces ordinateurs quantiques fonctionnent comme annoncé, toutes ces industries seront en danger, mettant au pire en danger l'ensemble de l'économie mondiale jusqu'à ce que nous construisions un cryptage quantique pour garder rythme.

Traduction linguistique en temps réel. Pour terminer ce chapitre et cette série sur une note moins stressante, les ordinateurs quantiques permettront également une traduction linguistique en temps réel presque parfaite entre deux langues, soit via un chat Skype, soit via l'utilisation d'un appareil audio portable ou d'un implant dans votre oreille. .

Dans 20 ans, la langue ne sera plus un obstacle aux échanges professionnels et quotidiens. Par exemple, une personne qui ne parle que l'anglais peut plus sereinement nouer des relations d'affaires avec des partenaires dans des pays étrangers où les marques anglaises n'auraient autrement pas réussi à pénétrer, et lors de la visite desdits pays étrangers, cette personne peut même tomber amoureuse d'une certaine personne qui arrive seulement à parler cantonais.