Comment fonctionnent les ordinateurs quantiques? - Simplement expliqué
De nos jours, les scientifiques travaillent en permanence sur les ordinateurs quantiques. IBM a récemment lancé son premier ordinateur quantique. Nous expliquons comment cela fonctionne ici.
Ordinateurs quantiques: c'est ce qu'on appelle des qubits
Les soi-disant qubits sont utilisés dans un ordinateur quantique.
- Les bits normaux de l'ordinateur ne peuvent prendre que deux valeurs différentes: 0 et 1, ou "on" et "off". Cependant, un qubit peut être dans un état intermédiaire de zéro et un pendant une certaine période de temps, le soi-disant temps de cohérence.
- Dans cet état, les scientifiques parlent d'une superposition . Grâce à une mesure, le qubit passe ensuite à l'un des deux états clairement définis, de sorte que le résultat de la mesure peut être enregistré dans un bit classique. En termes techniques, la perte de superposition est appelée décohérence .
- En laboratoire, ces qubits sont fabriqués à partir d'ions ou de boucles supraconductrices, appelées SQUID .
- Lorsque vous travaillez avec des ions, un ion non excité correspond à l'état 0 et un ion excité à l'état 1. Un atome avec l'énergie la plus faible possible est dit non excité. Cependant, si vous ajoutez de l'énergie à un atome, il est excité car les électrons externes atteignent des niveaux d'énergie plus élevés. Les ions peuvent être excités avec un laser.
Registres quantiques - vous devez savoir que
Plusieurs qubits sont nécessaires pour résoudre les opérations arithmétiques. On parle d'un registre dit quantique. Les informations sont ensuite distribuées à tous les qubits d'un registre.
- Un tel registre quantique se compose généralement de 14 ions qui sont stockés le long d'un axe à une distance de quelques micromètres. Il est important que ces qubits soient faciles à manipuler, mais soient également immunisés contre les interférences.
- Cela signifie que les qubits doivent rester dans leurs états respectifs aussi longtemps que possible jusqu'à ce que l'opération arithmétique soit effectuée. La décohérence, c'est-à-dire le retour à un état classique, doit être retardée le plus longtemps possible.
- Les opérateurs logiques sont utilisés pour manipuler les états, qui sont déjà utilisés en informatique. Dans les ordinateurs quantiques, ces opérateurs sont appelés portes quantiques. Celles-ci sont déterminantes pour la durée de l'irradiation et pour la longueur d'onde de la lumière.
- L'opération la plus simple est la négation, appelée NOT . L'état d'un qubit est simplement retourné ou annulé. Dans le système binaire, 0 deviendrait 1 et vice versa. Ce retournement se produit très rapidement et très souvent successivement et suit l'algorithme du programme.
- Pour déterminer l'état initial d'un réseau quantique, il est irradié avec des impulsions laser. La longueur de l'irradiation peut déterminer la probabilité avec laquelle un atome est à l'état excité.
- Après une dizaine de microsecondes d'irradiation, un ion initialement non excité est à l'état excité. Cependant, si cet atome n'est irradié que pendant la moitié de sa durée, il se trouvera dans cet état intermédiaire, car il est 50% plus susceptible d'être à l'état fondamental et 50% plus susceptible d'être à l'état excité.
- Pour lire le résultat après l'exécution de l'algorithme, une autre impulsion laser avec une longueur d'onde différente est tirée sur les ions. La fluorescence indique s'ils sont excités ou non. L'ordinateur peut alors déterminer les valeurs correctes.
Ordinateurs quantiques: l'état de l'art aujourd'hui
Au salon de l'électronique de Las Vegas, IBM a présenté cette année son premier ordinateur quantique prêt pour le marché.
- Par rapport aux modèles précédents, l' IBM Q Systems One calcule déjà avec 20 qubits, ce qui est une référence pour un ordinateur quantique fonctionnant correctement. Selon IBM, il a réussi à maintenir 20 qubits à l'état préparé pendant 75 microsecondes.
- Un ordinateur quantique avec 50 qubits devrait pouvoir mettre n'importe quel supercalculateur classique dans sa poche.
- L'IBM Q Systems One - une boîte en verre d'une longueur et d'une largeur de deux mètres et demi ne doit pas être proposée à la vente. Au lieu de cela, les utilisateurs sélectionnés peuvent y accéder depuis le cloud et effectuer des calculs.
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