Présentation d’un qubit

Un qubit est l’unité de base de l’information en informatique quantique.

Explication des qubits

Tout comme un bit binaire est l’unité de base de l’information dans le calcul classique (ou traditionnel), un qubit (ou bit quantique) est l’unité de base de l’information dans l’informatique quantique. L’informatique quantique donne naissance à de nouvelles découvertes dans les secteurs de la santé, de l’énergie, des systèmes environnementaux, des documents intelligents et bien d’autres.

Qubit et bit

Les qubits sont représentés par une superposition de plusieurs états possibles

Un qubit utilise les phénomènes mécaniques quantiques de superposition pour obtenir une combinaison linéaire de deux états. Un bit binaire classique ne peut représenter qu’une seule valeur binaire, telle que 0 ou 1, ce qui signifie qu’il ne peut être que dans l’un des deux états possibles. Toutefois, un qubit peut représenter une valeur 0, 1 ou toute proportion de 0 et 1 dans la superposition des deux états, avec une certaine probabilité d’avoir la valeur 0 et une certaine probabilité d’avoir la valeur 1.

La superposition offre aux ordinateurs quantiques une puissance informatique supérieure

La superposition permet aux algorithmes quantiques de traiter l’information en une fraction du temps qu’il faudrait aux systèmes classiques les plus rapides pour résoudre certains problèmes.

  • La quantité d’informations que peut représenter un système qubit augmente de façon exponentielle. Les informations que 500 qubits peuvent facilement représenter ne seraient même pas possibles avec plus de 2^500 bits classiques.
  • Il faudrait des millions d’années sur un ordinateur classique pour trouver les facteurs premiers d’un nombre de 2 048 bits. Les qubits peuvent effectuer le calcul en quelques minutes.

Il existe de nombreuses implémentations physiques des qubits

Lorsque les ordinateurs classiques utilisent des puces basées sur le silicium, les qubits (parfois appelés « qubits d’ordinateurs quantiques ») peuvent être créés à partir d’ions piégés, de photons, d’atomes artificiels ou réels ou de quasiparticules. En fonction de l’architecture et des systèmes qubit, certaines implémentations nécessitent que leurs qubits soient conservés à des températures proches du zéro absolu.

Superposition, interférence et enchevêtrement

La superposition permet aux algorithmes quantiques d’utiliser d’autres phénomènes mécaniques quantiques, tels que l’interférence et l’enchevêtrement. Ensemble, la superposition, l’interférence et l’enchevêtrement créent la puissance de calcul qui peut résoudre les problèmes de façon exponentielle, plus rapidement que les ordinateurs classiques.

Interférence

Une conséquence de la superposition est l’interférence. Les états des qubits peuvent interférer les uns avec les autres, car chaque état est décrit par une amplitude de probabilité, tout comme les amplitudes des vagues.

L’interférence constructive améliore l’amplitude, tandis que l’interférence destructrice annule l’amplitude. Ces effets sont utilisés dans les algorithmes d’informatique quantique, ce qui les différencie fondamentalement des algorithmes classiques. L’interférence est utilisée avec l’enchevêtrement pour activer l’accélération quantique promise par le calcul quantique.

Intrication

Plusieurs qubits peuvent présenter un enchevêtrement quantique. Les qubits enchevêtrés sont toujours corrélés entre eux pour former un seul système. Même s’ils sont éloignés à l’infini, la mesure de l’état de l’un des qubits nous permet de connaître l’état de l’autre qubit, sans avoir à le mesurer directement.

L’enchevêtrement est requis pour tout calcul quantique et ne peut pas être effectué efficacement sur un ordinateur classique. Les applications incluent la factorisation de grands nombres (algorithme de Shori) et la résolution des problèmes de recherche (algorithme de Grover).

L’avenir des qubits

À mesure que les technologies quantiques progressent, nous trouvons des solutions à certains des problèmes les plus difficiles au monde. Bien que ce nouveau paradigme contienne un potentiel incroyable, l’informatique quantique n’en est finalement qu’à ses premiers pas.

Les qubits sont fragiles

L’un des obstacles les plus significatifs dans l’informatique quantique est la nature fragile des qubits. L’enchevêtrement du système qubit avec son environnement, notamment la configuration des mesures, pourrait facilement perturber le système et provoquer une décohérence. Par conséquent, des améliorations en matière de construction matérielle de l’informatique quantique et de méthodes de correction des erreurs sont en cours de développement.

Les qubits topologiques sont plus stables

À cette fin, Microsoft utilise des qubits topologiques, qui sont stabilisés en manipulant leur structure et en les entourant de composés chimiques qui les protègent contre les interférences extérieures. Les qubits topologiques sont protégés du bruit en raison des propriétés topologiques de quasiparticules, ce qui rend le matériel quantique Microsoft plus robuste contre les erreurs. Cette stabilité accrue permet à l’ordinateur quantique d’exécuter des calculs plus longs et plus complexes pour mettre à portée de main des solutions plus complexes.

Ressources Azure Quantum

Développez des solutions quantiques dès aujourd’hui en adoptant avant tout le monde Azure Quantum (en préversion), écosystème cloud ouvert et complet. Accédez aux logiciels, au matériel et aux solutions prédéfinies et commencez à développer sur une plateforme fiable, scalable et hautement sécurisée.