Un bit quantique, également appelé qubit, est l’unité de données de base en informatique quantique. Comme un bit binaire dans les ordinateurs classiques, car il peut stocker des informations, mais se comporte très différemment grâce à mécanique quantique.
Ordinateurs quantiques Les qubits sont généralement constitués de particules subatomiques, comme les photons (paquets de lumière) ou les électrons. Dans les qubits, des propriétés telles que la charge, la polarisation photonique ou le spin représentent les 1 et les 0 dans le calcul binaire. Cependant, les qubits sont également sujets à des phénomènes connus sous le nom de superposition et enchevêtrementen raison de leur nature quantique, c’est là que les choses commencent à devenir étranges.
Bits vs qubits : quelle est la différence ?
Les qubits peuvent être à l’état 0 ou 1, comme un bit, mais ils peuvent aussi occuper les deux états en même temps, ou une superposition de 1 et 0. Le qubit restera en superposition jusqu’à ce qu’il soit directement observé ou perturbé par des facteurs environnementaux externes, comme la chaleur. Comme cet état quantique est si délicat, les qubits doivent être protégés de toute interférence, ce qui nécessite des températures très basses.
La superposition permet aux qubits d’un ordinateur quantique d’être dans plusieurs états (0, 1 ou les deux) et le nombre d’états possibles disponibles augmente de manière exponentielle à mesure que le nombre de qubits augmente. Si vous avez deux bits classiques, par exemple, à tout moment, ils peuvent prendre les valeurs 0,0 ; 0,1 ; 1,0 ; ou 1,1.
Avec deux qubits, vous pouvez encoder des données dans les quatre états à la fois. Ainsi, les ordinateurs quantiques ont potentiellement une puissance de traitement bien supérieure à celle des ordinateurs classiques utilisant des bits binaires. Plus vous avez de qubits, plus vous pouvez traiter de calculs en parallèle, et ce nombre augmente de manière exponentielle si vous en ajoutez davantage au système. Cependant, pour voir une croissance exponentielle de la puissance de traitement, vous devez également intricer les qubits.
Comment fonctionne l’intrication ?
Dans l’intrication quantique, les états des particules subatomiques sont liés, quelle que soit leur distance. Obtenir des informations sur un qubit fournira automatiquement des informations sur la particule intriquée.
Plutôt que de mesurer directement le qubit, et ainsi lui faire perdre son état de superposition, les scientifiques étudient s’il pourrait y avoir un moyen de déduire indirectement des informations sur un qubit à partir de son interaction avec l’environnement qui l’entoure.
L’intrication quantique des qubits leur permet également d’interagir simultanément, quelle que soit la distance qui les sépare. Combinée à la superposition, l’intrication quantique permet théoriquement aux qubits d’améliorer considérablement la puissance de calcul des ordinateurs quantiques, leur permettant d’effectuer des calculs complexes que de puissants ordinateurs binaires auraient du mal à résoudre.
C’est actuellement possible à petite échelle, mais le défi consiste à le faire à plus grande échelle. Par exemple, certains calculs, comme le décryptage des algorithmes de chiffrement, prendraient des millions d’années aux ordinateurs classiques. Cependant, si nous pouvions construire un ordinateur quantique avec des millions de qubits, ces mêmes algorithmes pourraient être décryptés en quelques secondes.
Pourquoi les qubits sont-ils si fragiles et sujets à la décohérence ?
Alors pourquoi n’avons-nous pas simplement accumulé de plus en plus de qubits pour construire une telle machine ? Malheureusement, les qubits ont une durée de vie courte et la superposition peut s’effondrer sous la moindre influence extérieure, comme la chaleur ou le mouvement. C’est pour cette raison qu’ils sont considérés comme « bruyants » et sujets aux erreurs.
Pour cette raison, de nombreux qubits doivent être refroidis à près de zéro absolu et maintenus à l’aide d’équipements spécialisés. Ils ont également des « temps de cohérence » incroyablement courts — qui mesurent la durée pendant laquelle ils conservent l’état souhaité nécessaire pour traiter les calculs quantiques. Les temps de cohérence ne durent généralement que fractions de seconde. (Le record du monde est 10 minutes pour un seul qubit — mais les experts pensent qu’il est peu probable que cela soit transposé en un véritable ordinateur quantique.) Ce facteur rend également les qubits inadaptés au stockage de données à long terme.
Bien que de nombreux ordinateurs quantiques existent aujourd’hui, nous devons encore appliquer des techniques de « correction d’erreur » aux qubits pour faire confiance à leurs résultats. L’une des principales méthodes de correction d’erreur actuellement étudiées consiste à construire un «qubit logique. » Un qubit logique est en fait un groupe de qubits intriqués, sujets aux erreurs, qui stockent les mêmes informations à différents endroits. Cela permet de répartir les points de défaillance possibles pendant qu’un calcul est en cours, corrigeant ainsi les erreurs. Si les qubits sont suffisamment stabilisés, avec la superposition et l’intrication quantique des qubits en place, les ordinateurs quantiques pourront un jour effectuer des calculs en une fraction du temps dont aurait besoin un ordinateur binaire, ainsi que résoudre des équations complexes qui sont impossibles même pour les ordinateurs d’aujourd’hui. Les supercalculateurs les plus puissants.
