L’un des éléments essentiels d’un ordinateur quantique est l’unité de traitement quantique (QPU) ou processeur quantique. Au lieu des bits binaires utilisés dans l’informatique classique, les ordinateurs quantiques utilisent bits quantiques – ou qubits pour faire court. Ces qubits sont des particules subatomiques capables d’utiliser les propriétés de mécanique quantique pour représenter et traiter de grandes quantités de données.
Un processeur quantique manipule les qubits afin d’accomplir des tâches. Il s’apparente à l’unité centrale de traitement (CPU) d’un ordinateur conventionnel, qui effectue des calculs en utilisant les informations contenues dans les bits binaires – les 1 et les 0 des données.
Contrairement aux processeurs classiques, les processeurs quantiques utilisent des portes logiques quantiques (ou portes quantiques) pour manipuler les qubits et effectuer des calculs. Les portes quantiques sont intrinsèquement différentes des portes logiques binaires, car elles sont conçues pour tirer parti des propriétés étranges de la physique quantique. Les règles bizarres du monde quantique permettent aux ordinateurs quantiques d’effectuer des calculs en une fraction du temps qu’il faudrait à des ordinateurs binaires normaux.
Comme la technologie en est encore à ses balbutiements, il n’existe actuellement aucune architecture ou approche standard pour développer un processeur quantique, et un processeur quantique peut fonctionner d’une manière complètement différente d’un autre. En raison de ces architectures différentes, il peut être difficile de comparer les capacités des différents types de processeurs quantiques.
Comment fonctionnent les processeurs quantiques ?
Le développement de processeurs quantiques se heurte encore à d’importants défis pratiques. Pour être efficaces et précis, les processeurs quantiques doivent également maintenir la stabilité des qubits et disposer de systèmes de correction d’erreurs viables. Ces deux éléments sont essentiels au développement d’ordinateurs quantiques capables d’effectuer des calculs à grande échelle avec précision.
Une partie du problème réside toutefois dans le fait que les qubits sont intrinsèquement fragiles et peuvent être affectés par diverses conditions environnementales externes. Un état stable des qubits, essentiel à la précision, est souvent (mais pas exclusivement) obtenu en utilisant des champs magnétiques de forte puissance ou en gelant les qubits à un niveau proche de celui des qubits. zéro absolu.
Des recherches sont également en cours sur diverses technologies capables de détecter des changements indésirables dans les états des qubits, ainsi que sur celles qui corrigent ou compensent les interférences externes.
Ces défis techniques font des processeurs quantiques des technologies incroyablement délicates et sensibles à la moindre interférence externe. Même de minuscules vibrations peuvent empêcher un processeur quantique de mener à bien sa tâche, ce qui signifie qu’il n’est pas encore adapté aux applications en dehors d’un environnement de laboratoire.
Les algorithmes classiques ne peuvent pas être utilisés en physique quantique, c’est pourquoi les processeurs quantiques utilisent des algorithmes quantiques qui leur permettent d’exécuter du code différemment. La nature unique des algorithmes quantiques leur permet de tirer parti des propriétés quantiques et de traiter les données plus rapidement.
Bien que les processeurs quantiques soient capables d’effectuer des calculs trop complexes pour les besoins actuels supercalculateurs les plus puissantsils ne sont pas capables de résoudre des problèmes indécidables comme tout ce qui est fondamentalement insoluble.
Le développement des unités de traitement quantique s’apparente à l’évolution précoce des processeurs conventionnels. Bien qu’il existe une variété d’architectures d’unités de processeur quantique, celles-ci seront probablement unifiées en une conception standard unique à mesure que la technologie sera affinée et améliorée dans les années à venir.
