Informatique quantique: le vrai changeur de jeu

Crédits d'image: Examen synchronisé sur moyen

L'informatique quantique est en train de devenir l'une des technologies les plus parlées, même si elle n'existe pas encore complètement.
La technologie a considérablement progressé ces dernières années, nos téléphones mobiles sont devenus plus puissants que l'ordinateur utilisé par la NASA pour envoyer l'homme sur la Lune et s'améliore de jour en jour.

Dans un avenir proche, les ordinateurs quantiques changeraient radicalement notre monde.
Alors, pourquoi devrais-je même étudier à ce sujet aujourd'hui? Ma réponse est simple: le monde de l’informatique tel que nous le connaissons va changer la donne, le laboratoire de recherche de Microsoft prédit que les ordinateurs quantiques commenceront à remplacer nos ordinateurs classiques dans les 10 à 15 prochaines années. Par ordinateurs classiques, j'entends des appareils électroniques tels que nos ordinateurs portables, nos téléphones, etc.

Dans cet article, je tenterais de répondre à 4 questions majeures posées lorsque le sujet de l'informatique quantique est abordé.
1. Qu'est-ce qu'un ordinateur quantique?
2. Quels domaines l’informatique quantique aurait-elle une incidence sur nos activités?
3. Les ordinateurs quantiques existent-ils aujourd'hui?
4. Quels sont les outils disponibles pour l'informatique quantique aujourd'hui?

Dans cet article, j’éviterais d’utiliser des termes de physique importants et d’essayer d’expliquer en termes simples. Allons-y.

Qu'est-ce qu'un ordinateur quantique?

L'informatique quantique consiste à utiliser des phénomènes de la mécanique quantique, tels que la superposition et l'enchevêtrement. Wikipédia

Cette définition m'a confondue aussi, alors laissez-moi essayer de l'écrire avec mes propres mots.

Pour définir un ordinateur quantique, comprenons d’abord ce que sont les ordinateurs classiques. Au niveau fondamental, tous les ordinateurs quantiques utilisent un transistor, un transistor peut être dans l'un des deux états; l’état activé ou désactivé, en termes informatiques, nous dirons 1 ou 0, cette information de l’état est ce que nous appelons un bit (la plus petite unité d’information à l’intérieur d’un ordinateur). Pour qu'un ordinateur classique fonctionne, nous devons combiner différents bits (existant à l'état activé ou désactivé) et des transistors. Une augmentation du nombre de bits dans un ordinateur signifie une augmentation de l'information que l'ordinateur peut traiter. Beaucoup de transistors sont assemblés pour former ce que nous appelons des puces informatiques, elles constituent les blocs de construction des ordinateurs classiques tels que nous les connaissons aujourd'hui.

Les ordinateurs quantiques n'utilisent pas bit comme nous l'avons vu ci-dessus, l'unité fondamentale d'un ordinateur quantique est appelée qubit, qui est une forme abrégée de bit quantique. Suivez-moi de près maintenant, alors qu'un bit ne peut exister que dans un état activé ou désactivé, un qubit peut exister dans l'un des états suivants: activé, désactivé ou les deux activé et désactivé. Essentiellement, un qubit peut représenter et traiter simultanément plusieurs états, ce qui le rend plus rapide et plus efficace.

The Maze Analogy: crédit à Chuck Bates

Envisageons de parcourir un labyrinthe en utilisant le concept d’un ordinateur quantique et classique.

Lors de la résolution du labyrinthe à l'aide d'un ordinateur classique, l'ordinateur redémarre pour traiter de nouveau les informations lorsqu'elles se trouvent dans une impasse, car le bit ne peut exister que dans un état à la fois. L'image ci-dessous montre comment un ordinateur classique résoudrait le problème du labyrinthe.

Comment un ordinateur classique résoudrait un labyrinthe

Un ordinateur quantique, par contre, résoudrait le labyrinthe en suivant tous les chemins possibles en même temps, car le qubit peut exister à la fois dans les états activé et désactivé.

Comment un ordinateur quantique résoudrait un labyrinthe

Le qubit évolue assez bien, la puissance de traitement de 64 bits sur le classique ne nécessiterait que 4 qubits du côté quantique, elle est tellement élevée que 300 qubits donneraient environ 2 x 10⁹⁰ bits.

Quels domaines l'informatique quantique affecterait-elle notre travail?

Les ordinateurs quantiques affecteraient beaucoup de ce que nous connaissons dans le monde de l'informatique aujourd'hui, je voudrais juste en dire quelques-uns. La portée de cet article n’expliquera pas vraiment comment cela se produira.

Machine Learning: Quantum Machine Learning (QML) implémenterait des algorithmes plus complexes tels que la classification de données, la reconnaissance de formes, le tri, la reconnaissance, etc. Le travail d'organisations de détectives comme le FBI, la CIA serait beaucoup plus facile car les ordinateurs quantiques donneraient une puissance de calcul énorme pour aider à obtenir les informations nécessaires, il ne s'agit que d'un cas d'utilisation.

Sécurité et cryptographie: une clé publique et une clé privée sont liées mathématiquement, ce qui permet de produire facilement une clé publique à l'aide d'une clé privée, mais l'inverse devient tellement difficile qu'il s'avère être un élément de sécurité. Cela permet une communication cryptée sur Internet. Il est prédit qu'un ordinateur quantique pourrait inverser cette action, de sorte qu'avec une clé publique, une clé privée puisse être produite car il peut rechercher les combinaisons beaucoup plus rapidement.
Avant de vous précipiter pour fermer tous vos comptes en ligne, sachez que des recherches sont en cours pour remédier à cette brèche majeure proposée sous le nom de cryptographie post-quantique. Cela aiderait à sécuriser nos applications à l'avenir.

Stock Markets / Forex Trading: Je prévois que le premier groupe de personnes utilisant des ordinateurs quantiques sur le marché boursier gagneront beaucoup d'argent, car elles auront accès à des informations plus précises ne laissant que peu de marge pour les erreurs liées à la puissance fournie des ordinateurs.

Block Chain: Certains disent que les ordinateurs quantiques seraient la fin de la technologie de la blockchain. Honnêtement, je pense qu'il est possible que cela se produise. Je ne pourrais peut-être pas en parler beaucoup ici. Shaan Ray tente de répondre à ces questions dans son post de taille moyenne ici. Vous pouvez également consulter ce post incroyable sur hackernoon.

Intelligence artificielle: Si vous pensez que l'IA est puissante avec un cerveau de calcul classique, imaginez ses possibilités avec un cerveau quantique.

La liste est interminable, nous pourrions en dire plus sur les conséquences, médecine, science et recherche, marché financier, développement de logiciels, informatique en nuage, etc.

Les ordinateurs quantiques existent-ils aujourd'hui?

Oui, ils le font, mais ils ne sont pas entièrement optimisés pour une utilisation personnelle. Certaines entreprises les utilisent aujourd'hui principalement à des fins de recherche. Une start-up comme Rigetti utilise l'informatique quantique pour alimenter ses services cloud.
Les grands noms comme Google, IBM et Microsoft ne sont pas en reste. En effet, Google possède une machine quantique à 72 qubits (la plus grande du monde à l'heure actuelle).
Mais je dois dire que la plupart des travaux effectués avec les ordinateurs quantiques en sont à la phase de recherche et que ces entreprises investissent des fonds pour que cela fonctionne à l'échelle industrielle, le monde attend de voir qui fait la première grande avancée avec cette technologie.

Quels sont les outils disponibles pour l'informatique quantique aujourd'hui?

Il existe différents outils que l'on peut utiliser pour se lancer dans l'informatique quantique aujourd'hui. Regetti possède une communauté en ligne de physiciens et de développeurs qui collaborent au développement de programmes et d’applications quantiques. Le slack channel est un endroit fantastique et j’ai rencontré des esprits brillants. Voir les détails de la communauté Regetti ici.

L’un des outils les plus intéressants disponibles aujourd’hui est le kit de développement logiciel Microsoft Quantum, qui est disponible gratuitement et comporte trois composants; Le langage de programmation Q #, le simulateur Quantum et des tutoriels, des exemples et des katas.
Q # a été spécialement conçu pour l'informatique quantique et est géré par Microsoft. Il fonctionne bien sur visual studio.
Le simulateur Quantum peut être exécuté sur votre ordinateur local ou sur le cloud Azure. Il permet aux développeurs de tester, d'exécuter et de déboguer des algorithmes quantiques. Vous pouvez le télécharger ici.

Les tutoriels et exemples de Microsoft sont opensource sur GitHub ici.

J'espère que vous avez trouvé cet article perspicace, merci de le lire.