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Étiquette : QUANTENCOMPUTER

  • L’intrication quantique – La danse ultra-rapide des particules

    L’intrication quantique – La danse ultra-rapide des particules

    L’intrication quantique se produit lorsque deux particules ou plus restent dans un état dans lequel l’état d’une particule est inextricablement lié à celui de l’autre. Même sur de longues distances, ce lien persiste, de sorte qu’un changement dans une particule a une répercussion immédiate sur l’autre. Albert Einstein a décrit cet effet comme une « action à distance hantée » Cette propriété fondamentale de la physique quantique est un élément important pour de nombreuses applications d’avenir.

    Le rôle du temps dans l’intrication quantique
    Bien qu’extrêmement rapide, l’intrication quantique n’est pas instantanée. Grâce à des méthodes de mesure de haute précision, l’Université technique de Vienne a constaté que l’apparition de l’intrication se déploie sur une période de quelques attosecondes. La recherche montre que les processus quantiques ont certes un effet immédiat, mais qu’ils peuvent être mesurés dans le temps. Dans ce cas, une impulsion laser arrache un électron d’un atome, ce qui fait passer un autre électron dans un état d’énergie plus élevé – ces deux électrons sont alors intriqués.

    Mesure des attosecondes – L’inimaginable
    La durée de l’intrication quantique est si courte qu’elle est mesurée en attosecondes – un milliardième de milliardième de seconde. Ces mesures ont été effectuées à l’aide de simulations avancées et d’impulsions laser ultracourtes et ont permis d’établir que le « temps de naissance » de l’intrication électronique est de 232 attosecondes. Cette avancée permet aux chercheurs d’observer directement la dynamique de ces processus ultracourts et de les reproduire dans des expériences.

    Simulations au niveau attoseconde – une percée dans la recherche quantique
    En combinant simulations et expériences, les chercheurs de l’Université technique de Vienne ont pu reproduire avec précision le déroulement de l’intrication quantique. Les résultats, publiés dans les Physical Review Letters, sont considérés comme une étape importante et ouvrent de nouvelles perspectives pour des applications dans la cryptographie quantique et les ordinateurs quantiques, dans lesquels l’intrication joue un rôle central. La possibilité d’analyser des processus quantiques en attosecondes ouvre de nouvelles voies pour le développement de systèmes technologiques quantiques.

    La compréhension du temps en physique quantique
    Les recherches actuelles montrent que la compréhension classique du temps n’est pas suffisante pour décrire les effets quantiques. Dans le monde quantique, les états apparaissent et disparaissent dans des laps de temps minuscules qui nous sont à peine compréhensibles. « L’électron ne saute pas simplement hors de l’atome, c’est une onde qui s’échappe lentement de l’atome », explique le professeur Iva Březinová de l’Université technique de Vienne.

    Applications de l’intrication quantique – une technologie d’avenir
    L’intrication quantique est bien plus qu’un phénomène fascinant ; elle est à la base de technologies révolutionnaires telles que la cryptographie quantique, qui permet des systèmes de communication extrêmement sécurisés, et les ordinateurs quantiques, qui effectuent des calculs potentiellement complexes plus rapidement et plus efficacement que les ordinateurs classiques. En décryptant les processus ultrarapides de l’intrication quantique, les chercheurs acquièrent des connaissances qui leur permettent de rendre ces technologies sûres et efficaces.

    L’étude de l’intrication quantique à l’échelle de l’attoseconde représente une percée dans notre compréhension de la physique quantique et offre un énorme potentiel pour les technologies du futur. La compréhension précise de ces processus permet de développer des applications telles que la cryptographie quantique et l’informatique quantique, et donc de changer radicalement le monde du traitement et de la sécurité de l’information.

  • Percée dans l’informatique quantique

    Percée dans l’informatique quantique

    Dans un avenir proche, les ordinateurs quantiques pourraient changer radicalement notre compréhension de la résolution des problèmes et des calculs. Cependant, cette technologie se heurte encore à un obstacle majeur : la vulnérabilité aux erreurs des bits quantiques, qui sont des éléments clés de l’ordinateur quantique. Google vient de franchir une étape importante avec son récent succès dans la correction des erreurs quantiques.

    Les chercheurs du Quantum Artificial Intelligence Lab de Google ont réussi à combiner 97 bits quantiques sujets aux erreurs en un bit quantique logique qui présente un taux d’erreur nettement inférieur. Il s’agit d’une étape importante vers la création d’ordinateurs quantiques tolérants aux erreurs, qui pourraient à l’avenir effectuer des calculs complexes.

    Défis de la correction d’erreur quantique
    Le plus grand défi pour les ordinateurs quantiques est la forte probabilité d’erreurs dans les opérations de calcul. Dans les systèmes actuels, la probabilité d’erreur est comprise entre 0,01 et 1 pour cent selon l’opération. Comme les ordinateurs quantiques nécessitent potentiellement des milliers d’étapes de calcul, cela signifie que la possibilité d’erreurs augmente de manière exponentielle. Sans une correction efficace des erreurs, les avantages des ordinateurs quantiques seraient difficilement exploitables dans la pratique.

    Les chercheurs de Google ont développé une méthode dans laquelle les informations quantiques sont réparties sur plusieurs bits quantiques. Les bits de mesure assurent ainsi la stabilité des états sans modifier directement les informations. Cette approche redondante, également utilisée dans les ordinateurs classiques, a permis de créer un bit quantique logique plus robuste.

    Un progrès décisif – mais pas encore l’objectif
    Google a pu passer sous un seuil d’erreur critique en réduisant le taux d’erreur d’un système de 97 bits quantiques à la moitié des erreurs d’un système de 49 bits quantiques. Ces progrès sont très appréciés par les experts et peuvent être comparés aux résultats novateurs de 2019, lorsque Google a démontré pour la première fois que les ordinateurs quantiques pouvaient surpasser les ordinateurs traditionnels dans certaines tâches.

    Malgré ces développements prometteurs, la recherche quantique doit encore relever d’énormes défis. La prochaine étape consiste à effectuer des opérations arithmétiques de base avec les bits logiques quantiques stabilisés. À long terme, ces bits stables devraient être utilisés pour permettre des calculs complexes et tolérants aux pannes.

    Ordinateurs quantiques tolérants aux pannes et leur application
    Bien que les progrès réalisés jusqu’à présent soient impressionnants, il reste encore un long chemin à parcourir avant que les ordinateurs quantiques ne soient capables de résoudre des problèmes vraiment complexes. On estime qu’environ 1457 bits quantiques physiques sont nécessaires pour atteindre un taux d’erreur de 1 sur 1 000 000 – une condition minimale pour résoudre des problèmes simples.

    Pour des défis plus complexes, tels que la rupture des méthodes de cryptage modernes, des milliers de bits logiques quantiques sont même nécessaires. Il est donc urgent de réaliser de nouveaux progrès dans la correction d’erreurs quantiques et d’améliorer l’efficacité des algorithmes afin de réduire le nombre de bits quantiques physiques nécessaires.

    Un chemin clair devant nous
    Les résultats actuels de Google et d’autres groupes de recherche constituent une base solide pour le développement des ordinateurs quantiques du futur. Bien que de nombreux obstacles techniques subsistent, les progrès récents rendent plus tangible l’objectif d’un ordinateur quantique performant et tolérant aux pannes. Il reste à voir si et comment la technologie s’établira dans la pratique, mais la perspective est désormais plus claire que jamais.

  • Des chercheurs de la ZHAW utilisent avec succès l’informatique quantique dans la pratique

    Des chercheurs de la ZHAW utilisent avec succès l’informatique quantique dans la pratique

    Les ordinateurs quantiques ne connaissent pas seulement l’état 0 et 1, mais peuvent représenter plusieurs états entre 0 et 1 grâce à ce que l’on appelle des qubits – analogues aux bits des ordinateurs classiques – et calculer ainsi simultanément de nombreux résultats possibles. Les qubits sont toutefois sujets à des erreurs, dues par exemple à des influences extérieures telles que des variations de température ou des rayonnements électromagnétiques. Mais des erreurs de calcul peuvent également être dues à des processus internes, car les qubits ne restent que peu de temps dans un état stable. Il faut donc des algorithmes aussi petits que possible pour que les ordinateurs quantiques puissent calculer les résultats le plus rapidement possible, avant que les qubits ne deviennent instables.

    Utiliser la force de l’ordinateur quantique de manière ciblée
    Jusqu’à présent, il existe surtout des travaux théoriques sur la manière dont ces avantages de l’ordinateur quantique peuvent être utilisés dans le domaine de l’apprentissage automatique quantique. Toutefois, cette technologie informatique n’a guère été appliquée dans la pratique jusqu’à présent. Les chercheurs de la ZHAW ont choisi pour la première fois une nouvelle méthode qui permet d’obtenir des résultats plus précis sur des problèmes complexes avec les ordinateurs quantiques. « Nous avons utilisé une approche hybride pour implémenter la partie la plus complexe d’un algorithme dans un ordinateur quantique, tout en laissant un ordinateur classique calculer le reste », explique Kurt Stockinger, chercheur à la ZHAW. L’algorithme de machine learning utilisé est utilisé pour la classification d’objets. Comme les ordinateurs quantiques sont surtout puissants pour les calculs très complexes, mais n’offrent aucun avantage par rapport aux ordinateurs classiques pour les tâches simples, une combinaison des deux systèmes pourrait effectivement être une solution efficace.

    Testé avec l’ordinateur quantique d’IBM
    Les chercheurs de la ZHAW ont mené leurs expériences avec cinq jeux de données au total et ont fait calculer les calculs par des ordinateurs quantiques et classiques, puis ont comparé les résultats entre eux. Pour ce faire, ils ont utilisé la possibilité de se connecter directement à un ordinateur quantique d’IBM. Ils ont ainsi pu simuler le calcul et le faire effectuer concrètement par un ordinateur quantique. L’approche a été testée, entre autres, sur l’ensemble de données appelé iris, qui contient des informations sur les fleurs et est utilisé pour classer les différentes espèces de fleurs. Et en effet, la méthode hybride a donné des résultats plus précis. « Nous avons ainsi pu montrer que les problèmes classiques de machine learning peuvent être mieux résolus par l’approche hybride qu’avec des ordinateurs classiques », résume Stockinger.

    Optimiser les réseaux neuronaux grâce aux ordinateurs quantiques
    Les chercheurs de la ZHAW ont également utilisé les réseaux neuronaux, car ils peuvent reconnaître des modèles complexes à plusieurs niveaux au sein de grandes quantités de données. L’équipe de Kurt Stockinger et Rudi Füchslin a utilisé un ensemble de données météorologiques contenant de nombreux paramètres interdépendants, tels que l’humidité, la pression atmosphérique ou la température, et a alimenté un réseau neuronal pour obtenir le résultat « pluie » ou « soleil ». « Nous avons implémenté une couche spécifique de ce réseau dans l’ordinateur quantique. Il est ainsi possible de calculer et de visualiser plusieurs dépendances simultanément. Cela permet de faire des prévisions météorologiques beaucoup plus précises », explique Stockinger, décrivant l’avantage de la méthode. « Cependant, la recherche n’en est qu’à ses débuts, car il faut continuer à étudier comment les réseaux neuronaux peuvent être implémentés le plus efficacement possible dans un ordinateur quantique ».

    De nombreuses possibilités pour l’industrie et la science
    « Nous sommes maintenant passés de la théorie à l’application. Ainsi, la technologie devient maintenant intéressante pour les entreprises », explique Stockinger. De nombreuses entreprises montrent déjà un grand intérêt pour les avantages de l’informatique quantique, notamment en ce qui concerne les possibilités dans les technologies de sécurité. « Les banques en particulier s’intéressent de près à cette technologie, car leurs méthodes de cryptage pourraient être cassées par des ordinateurs quantiques », explique le chercheur de la ZHAW. La technologie peut également être utilisée dans de nombreux autres domaines, comme le développement de matériaux ou de médicaments nouveaux et améliorés. « Ce sont les mêmes domaines d’application que le machine learning, à la différence près que les ordinateurs quantiques peuvent fournir des résultats plus rapides et plus précis », résume Kurt Stockinger.

  • La technologie quantique influence le développement futur des sites

    La technologie quantique influence le développement futur des sites

    Les ordinateurs quantiques aideront à construire de nouvelles plates-formes pour les médicaments et révolutionneront le développement des médicaments. Le cryptage quantique va également révolutionner les services bancaires sur Internet. Vous vous demandez peut-être s’il y aura encore beaucoup de banques traditionnelles. Cependant, les banques font partie intégrante du secteur de l’immobilier. La révolution est rapide et il est très probable qu’il y aura des perdants.

    D’ici 20 ans, l’informatique quantique aura complètement révolutionné l’ensemble du secteur informatique et de l’IoT, et le traitement des données sera 1.000 fois plus rapide. Une tâche de calcul qui prend aujourd’hui 24 heures prendra moins de 2 minutes dans 20 ans. Pour des tâches spécifiques, on disposera d’ordinateurs quantiques qui seront 100.000 fois plus rapides. Donc, résoudre des tâches qui ne peuvent pas être résolues aujourd’hui. C’est la révolution qui va complètement changer le monde du travail. Ceux qui maîtriseront la technologie pourront jouer un rôle dans l’industrie, ceux qui la négligeront auront des problèmes. Pour y parvenir, la main-d’œuvre de demain doit être préparée à l’avenir quantique. Les ordinateurs quantiques étant entrés dans l’industrie depuis plus de 5 ans, les moyennes et grandes PME doivent également s’y intéresser, et c’est exigeant. Attendre n’est pas une alternative.

    Il est crucial que les futurs employés comprennent les différences de programmation entre les systèmes traditionnels et quantiques. Dans le cas de l’informatique traditionnelle, grâce aux micrologiciels (logiciels d’exploitation et de base) aujourd’hui bien définis, il n’est pas nécessaire de savoir comment fonctionne le matériel d’un ordinateur. Le programmeur doit comprendre comment l’utiliser. Dans l’industrie émergente de l’informatique quantique, avec son mélange de stratégies de mise en œuvre et de types de matériel, la situation est exactement inverse. En l’absence de matériel standardisé et de micrologiciel quantique associé, les futurs programmeurs doivent savoir comment fonctionnent les ordinateurs quantiques lorsqu’ils conçoivent leurs applications logicielles. L’utilisation des circuits quantiques nécessaires nécessite une compréhension spécifique des mathématiques et de la physique pour formuler des questions et interpréter les réponses issues du processus quantique. Ceux qui comprennent les mathématiques modernes en tireront d’énormes avantages.

    Au cours des dix prochaines années, de grands progrès seront réalisés dans le domaine de l’informatique quantique. IBM vient de montrer la voie avec Spectrum Fusion 2.2. L’infrastructure correspondante doit être garantie sur les futurs sites. Outre un nombre suffisant de collaborateurs qualifiés, cela implique une alimentation électrique sûre et une connexion au réseau international de fibre optique à haut débit. Si vous n’êtes pas en mesure de garantir ces facteurs, ne considérez pas que votre site est prêt pour l’industrie du futur.