Prenons le calcul depuis le tout début, avec un ordinateur électrique, l'ENIAC, en 1946, premier ordinateur électrique et programmable capable d'exécuter 10 kilo-instructions par seconde (KIPS) avec un espace mémoire de 2 kilo-octets (Ko) et occupant un sous-sol de 15 mètres sur 30. Avec plus de 17 000 tubes à vacuum, 70 000 résistances, 10 000 condensateurs, 6 000 interrupteurs et 1 500 relais, il s'agissait du système électronique le plus complexe jamais construit. C'était un mammouth, produisant 174 kilowatts de chaleur et effectuant jusqu'à 5000 additions par seconde, ce qui était de plusieurs ordres de grandeur plus rapide que ses prédécesseurs électromécaniques.
Et aujourd'hui, nous disposons d'ordinateurs beaucoup plus puissants, dotés de processeurs multicœurs à GHz et capables de traiter plus de 100 milliards d'instructions par seconde, et nous pouvons les glisser dans nos poches tout en les utilisant au quotidien. En clair, l'horloge de l'iPhone 6 est 32 600 fois plus rapide que les meilleurs ordinateurs de l'ère Apollo (1960) et pourrait exécuter des instructions 120 000 000 fois plus vite. Impressionnant ?
Maintenant, vous vous demandez peut-être comment nous avons obtenu toute cette puissance de calcul ? La réponse est la suivante : plus les processeurs sont petits, plus les ordinateurs sont rapides. Selon la loi de Moore, "le nombre de transistors dans un circuit intégré dense double environ tous les deux ans et, par conséquent, la puissance de traitement augmente". Cependant, la loi de Moore est en train de ralentir, ce qui signifie que des décennies d'améliorations incessantes de la puissance de calcul touchent à leur fin, car il devient plus coûteux de créer des transistors à base de silicium encore plus petits pour les puces informatiques. Pourtant, les chercheurs du monde entier ont trouvé des moyens de repousser les limites des transistors, à tel point qu'aujourd'hui, nous avons des transistors de 5 nm, 3 nm, 1 nm, 0,5 nm et même des transistors à un seul atome dans les laboratoires des chercheurs.
Mais récemment, nous avons défié les lois de la physique en créant un transistor de 0 nm, oui, vous avez bien lu, 0 nm. Les scientifiques ont créé un transistor à photons uniques dont la dimension est inexistante.
Avec ces transistors beaucoup plus petits, nous pourrions être en mesure d'obtenir une puissance de traitement de superordinateur dans nos smartphones dans un avenir proche, mais la question qui se pose est la suivante : les superordinateurs sont-ils vraiment aussi rapides qu'ils le semblent ?
Pour certains problèmes, les superordinateurs ne sont pas si super que cela. Jusqu'à présent, nous nous sommes appuyés sur les superordinateurs pour résoudre la plupart des problèmes. Il s'agit de très grands ordinateurs classiques, souvent dotés de milliers de cœurs de CPU et de GPU classiques. Cependant, les superordinateurs ne sont pas très performants pour résoudre certains types de problèmes, qui semblent simples à première vue.
C'est pourquoi nous avons besoin d'un tout nouveau concept d'informatique : l'informatique quantique. Les ordinateurs quantiques exploitent les phénomènes de la mécanique quantique pour permettre un énorme bond en avant en matière de calcul et résoudre certains problèmes complexes que les superordinateurs les plus puissants d'aujourd'hui ne peuvent pas résoudre et ne pourront jamais résoudre.
Prenons maintenant un problème de calcul simple et classique pour comprendre la puissance de calcul d'un superordinateur et d'un ordinateur quantique. Imaginez que vous souhaitiez placer quelques invités exigeants lors d'un dîner et qu'il n'existe qu'un seul plan de table optimal parmi toutes les combinaisons possibles. Combien de combinaisons différentes devrez-vous explorer pour trouver le meilleur ?
Pour 2 personnes, il y aurait 2 combinaisons, pour 3 personnes, il y aurait 6 combinaisons. Pouvez-vous deviner combien de combinaisons il y aurait pour 10 personnes exigeantes ? Il y aurait plus de 3 millions de combinaisons, pour être exact 3.650.000 combinaisons. Vous êtes surpris ?
Et si vous deviez faire un plan de table pour 100 de ces personnes ? Vous auriez besoin d'un superordinateur pour déterminer le plan de table et il y aurait environ 9,34 x 10^157 (157 zéros après 9,34) combinaisons qui pourraient prendre plusieurs jours à calculer. En disant cela de manière sarcastique, les invités mourraient de faim s'ils devaient attendre le plan de table. Pour éviter que les invités ne meurent de faim, il existe un ordinateur quantique capable de le calculer en quelques secondes. Incroyable, non ?
Permettez-moi d'essayer de vous expliquer, à la manière d'un néophyte, la comparaison des vitesses entre les deux. Supposons que vous vouliez trouver une personne dans une file de 1 trillion de personnes (1 000 000 000 000), et que chaque personne mette 1 microseconde à vérifier (ce qui est vraiment très rapide), alors un ordinateur classique mettra environ 1 semaine pour trouver cette personne et un ordinateur quantique mettra environ 1 seconde seulement.
Cette bête sauvage, l'IBM Q, qui a actuellement la taille d'un réfrigérateur domestique, accompagné d'une boîte d'électronique de la taille d'une armoire, conçue par IBM, peut créer de vastes espaces multidimensionnels dans lesquels représenter ces très grands problèmes. Les superordinateurs classiques ne peuvent pas faire cela. Les algorithmes qui utilisent l'interférence des ondes quantiques sont ensuite utilisés pour trouver des solutions dans cet espace et les retranscrire dans des formes que nous pouvons utiliser et comprendre.
Un ordinateur quantique utilise des bits quantiques ou qubits plutôt que des bits binaires (0 ou 1). Un qubit en soi n'est pas très utile. Cependant, en créant de nombreux qubits et en les connectant dans un état appelé superposition, nous pouvons créer de vastes espaces de calcul. Nous représentons ensuite des problèmes complexes dans cet espace à l'aide de portes programmables. Ces bits quantiques se comportent de manière aléatoire et pour utiliser leur puissance de calcul, nous avons besoin d'une intrication. L'intrication quantique permet aux qubits d'être parfaitement corrélés entre eux. Grâce à des algorithmes quantiques qui utilisent l'intrication quantique, des problèmes complexes spécifiques peuvent être résolus plus efficacement que sur des ordinateurs classiques.
L'informatique quantique est un outil de calcul exceptionnellement puissant et, avec une telle puissance, nous pouvons améliorer la civilisation humaine. Il existe un large éventail de possibilités dans lesquelles nous pouvons utiliser l'ordinateur quantique. Je vais vous présenter quelques-unes des principales applications des ordinateurs quantiques.
Modélisation moléculaire
L'un des sujets qui me passionnent le plus est la biologie au niveau moléculaire de certains des médicaments les plus célèbres qui sont utilisés pour traiter le cancer dans différents types de cellules protéiques. Nous pouvons concevoir un modèle moléculaire pour chaque cellule protéique et déterminer comment elle est affectée par l'interaction du médicament, car les réactions chimiques sont de nature quantique et forment des états de superposition quantique hautement intriqués.
Prévisions météorologiques
Directement ou indirectement, 30 % du PIB mondial est affecté par le temps et ses prévisions. Actuellement, nous utilisons des ordinateurs classiques pour prévoir le temps, mais ils ne sont pas aussi efficaces et peuvent être plus longs à prévoir les changements météo. Dans les prévisions météorologiques, il y a des milliards de milliards de variables qui dépendent les unes des autres et il devient vraiment complexe pour un ordinateur classique de les anticiper, mais la capacité de base d'un ordinateur quantique est d'effectuer des calculs exponentiellement grands en parallèle et de réduire le temps et le travail. Grâce à cela, nous pourrions être en mesure de faire de meilleures récoltes, de sauver les gens des catastrophes naturelles et même de prévoir l'effet des humains sur l'environnement à long terme.
Le chiffrement
La sécurité de presque toutes les transactions en ligne dépend de la difficulté de factoriser de grands nombres en nombres premiers. Un ordinateur classique peut effectuer ce travail, mais la factorisation prendra un temps exponentiel, tandis qu'un ordinateur quantique peut effectuer ce travail en une fraction de temps, rendant ainsi la cryptographie par factorisation des nombres premiers obsolète. Nous allons donc avoir besoin de nouvelles méthodes de chiffrement complexes pour protéger internet.
L'informatique quantique n'est rien de moins qu'un cadeau pour que l'humanité se transforme au mieux. Pour moi, c'est comme si nous étions revenus dans les années 1940, où nous essayions de créer notre premier ordinateur programmable, qui a ensuite transformé l'homme à un point tel que nous ne pouvons plus nous passer de lui. Les ordinateurs quantiques seront probablement commercialisés dans les prochaines années et ce sera une nouvelle ère de l'informatique en soi.
source :
https://medium.com/nerd-for-tech/quantum-computing-the-future-68ffedec5559