L'informatique quantique est la plus grande révolution informatique depuis ... l'informatique. Notre monde est constitué d'informations quantiques, mais nous percevons le monde comme une information classique. Autrement dit, beaucoup de choses se passent à petite échelle au-delà de nos sens normaux. En tant qu'humains, nous avons évolué pour traiter des informations classiques, pas des informations quantiques: notre cerveau est programmé pour penser aux chats à dents de sabre, pas aux chats de Schrödinger. Nous pouvons facilement encoder nos informations classiques avec des zéros et des uns, mais qu'en est-il de l'accès aux informations supplémentaires disponibles qui composent notre univers? Pouvons-nous utiliser la nature quantique de la réalité pour traiter l'information? Bien sûr, sinon nous devrions terminer ce post ici, et cela ne nous satisferait pas tous.Explorons les possibilités de l'informatique quantique, puis commençons à écrire notre propre code quantique.
Le point de départ de l'étude de l'informatique quantique est de comprendre que si de nombreux principes sont contraires au bon sens, l'univers classique que nous connaissons et aimons n'est qu'une ombre du tissu quantique de la réalité. Une partie de s'habituer à un quantum consiste à s'habituer aux limites de notre propre perception. Cette limitation est similaire au dessin d'un objet 3D sur une feuille de papier 2D. Jetez un œil au wireframe ci-dessous. Il peut s'agir soit d'une boîte (on peut illustrer cela avec un verre sur le dessus), soit d'un angle (on peut placer la bouteille à l'intérieur pour voir l'angle).
Nous sommes obligés de voir l'un ou l'autre, et non les deux en même temps. Nous pouvons les échanger d'avant en arrière, mais comme nous sommes coincés dans une vue 2D, nous ne pouvons voir que l'un ou l'autre. Deux dimensions ne suffisent pas pour représenter parfaitement un objet tridimensionnel. De la même manière, le monde de l'information classique dans son codage le plus simple est représenté en bits, zéros et uns. Cependant, cela ne suffit pas pour décrire le monde quantique. Dans le monde quantique, nous avons besoin de bits ou de qubits quantiques pour décrire nos informations. Tout comme mettre un verre sur une boîte ou dans un coin, nous pouvons prendre une mesure qui fera que notre qubit nous indique le rythme classique, mais il y a plus d'informations que nous pouvons utiliser.
Les ordinateurs quantiques utiliseront le reste des informations pour obtenir plus de puissance de traitement. Cela changera tout dans les applications pharmaceutiques, les nouveaux matériaux verts, la logistique, la finance, le big data et plus encore. Par exemple, l'informatique quantique calculera mieux l'énergie des molécules car c'est fondamentalement un problème quantique. Donc, si vous pouvez imaginer l'industrie des molécules, vous pouvez imaginer l'application de l'informatique quantique. Souvent, les gens veulent savoir si les ordinateurs quantiques seront plus rapides, et bien qu'ils puissent effectuer des calculs plus rapidement, ce n'est pas parce qu'ils font la même chose avec beaucoup de cycles. Au lieu de cela, les ordinateurs quantiques utilisent une manière fondamentalement différente de traiter les informations. Pour avoir une idée de cette différence fondamentale, nous allons prendre un exemple,ce qui permet d'illustrer la puissance de l'informatique quantique.
Rencontrez l'ivrogne quantique
Faisons une expérience de pensée. Dans une promenade ivre classique (parfois appelée promenade décontractée), nous avons un ivre qui sort du placard et essaie de trouver son ami au bar.
Tout le monde se ressemble dans le bar, notre ivrogne a trop bu, alors il se dirige vers une personne au hasard assise au bar. Lorsqu'il découvre que la première personne qu'il a dérangée n'est pas son ami, il se déplace au hasard vers le tabouret suivant, soit à gauche, soit à droite. Nous pouvons simuler notre marcheur ivre en lançant une pièce de monnaie et en disant que si les têtes se lèvent, il ira à droite, si pile - à gauche.
La personne suivante ne sera pas non plus l'ami souhaité, mais le souvenir de notre ivrogne est court, il se déplacera donc à gauche ou à droite avec une probabilité égale. Cela continuera jusqu'à ce que la sécurité soit appelée pour le chasser.
Le service de sécurité adore la physique, alors ils ont décidé à chaque fois de savoir où enfin rattraper une personne ivre. Voici ce que voit le service de sécurité:
La forme est en forme de cloche, et une caractéristique intéressante de la courbe en forme de cloche est que la propagation au milieu (l'endroit le plus probable pour trouver un ivrogne) est la racine carrée du nombre de pas qu'un marcheur ivre fait. Quand l'ivrogne passe neuf tabourets de bar, l'étalement de la courbe est de trois; la sécurité le trouvera probablement à moins de trois tabourets de bar de l'endroit où l'ivrogne était assis à l'origine. Lorsque l'ivrogne fait 100 tentatives, la sécurité trouvera très probablement l'ivrogne à moins de 10 selles de l'endroit où l'ivrogne a commencé. Ces statistiques aident les forces de sécurité à savoir où elles sont le plus susceptibles de trouver le marcheur ivre, qui se trouve quelque part près du point de départ.
La sécurité a maintenant un modèle qu'ils peuvent utiliser pour suivre les ivrognes classiques, mais malheureusement, il y a aussi des ivrognes quantiques dans cette barre. Alors que l'ivrogne classique est un simple tirage au sort d'une pièce pour chaque direction, pour l'ivrogne quantique, la pièce est quantique et peut être dans une superposition de têtes et de queues en même temps. L'ivrogne quantique suit une trajectoire qui est une superposition des marches gauche et droite de chaque tabouret de bar.
La superposition est l'un des concepts fondamentaux de la mécanique quantique et l'un des outils permettant de faire la distinction entre l'information quantique et l'information classique. Pour plus de plaisir avec les superpositions, lisez cet article de Strangeworks sur quelques bases de qubit....
L'ivrogne quantique marchera dans une superposition de gauche et de droite en même temps sans emplacement spécifique jusqu'à ce que la sécurité le trouve.
Lorsque la sécurité regarde la répartition des positions où se trouve l'ivrogne quantique, elle trouve un résultat complètement différent de l'ivrogne classique.
Contrairement à la distribution de la courbe en cloche lisse, ils trouveront la distribution canine ci - dessous:
Qu'est - ce qui se passe? Où est l'ivrogne quantique? Pourquoi les pics de distribution devraient-ils être à l'extérieur? Pourquoi y a-t-il des zones à l'intérieur avec une probabilité très faible et d'autres avec une probabilité plus élevée? L'ivrogne quantique a de nouvelles propriétés.
L'ivrogne a tendance à être plus éloigné du centre et moins susceptible d'être plus proche du centre. Certains chemins sont moins probables en raison des interférences, et certains le sont plus. La répartition globale est également très différente. Plutôt que de faire référence à la racine carrée de la propagation, la propagation est linéairement liée au nombre ou aux étapes. Un ivrogne quantique faisant dix pas est susceptible de se trouver à l'extérieur de dix tabourets de bar, aussi loin qu'un ivrogne classique faisant 100 pas.
Alors, comment pouvons-nous utiliser cela à notre avantage? Y a-t-il un problème que nous pouvons mieux résoudre avec les ivrognes quantiques qu'avec les ivrognes classiques? Eh bien, je suis content que vous ayez posé la question, car oui, il y en a! Pour vérifier cela, nous allons mettre les ivrognes sur le passage du labyrinthe. Nous choisissons un labyrinthe spécifique qui démontrera la puissance des ivrognes quantiques. Dans cette tâche, nous avons une structure arborescente qui est mise en miroir puis collée ensemble.
Sur la gauche se trouve l'entrée du labyrinthe, et sur la droite se trouve la sortie. Nous voulons voir comment nos marcheurs ivres trouvent leur chemin. Rappelez-vous que l'ivrogne classique lancera une pièce à chaque nœud, tandis que l'ivrogne quantique créera une superposition de chaque chemin à chaque nœud. Les ivrognes ont tendance à rester coincés à des endroits aléatoires au milieu et mettent plus de temps à trouver leur chemin.
Étant donné que les ivrognes quantiques sont plus courants, il leur est plus facile d'éviter de rester coincés. C'est pourquoi les ivrognes quantiques trouvent leur chemin plus vite que les ivrognes classiques.
Alors que nous envoyons de plus en plus d'ivrognes, les quantiques géreront ce problème de manière exponentielle mieux que les classiques!
C'est la puissance de l'informatique quantique. Même s'il s'agit d'un exemple simple, tous les algorithmes quantiques fonctionnent de la même manière: en utilisant la diffusion quantique de manière intelligente qui s'adapte à la structure du problème. Il existe de nombreuses applications pour les algorithmes quantiques, le moment est donc venu de commencer à apprendre la programmation quantique.
Dans un proche avenir, les meilleures applications seront le développement de produits pharmaceutiques et le développement de nouveaux matériaux. Beaucoup de ces applications en chimie sont fondamentalement mécaniques quantiques. En effet, le calcul de l'énergie électronique pour différentes molécules est plus efficace à l'aide d'un ordinateur quantique. Les problèmes d'optimisation sont un autre domaine dans lequel l'informatique quantique aura un impact dans un avenir pas trop lointain. Cette classe de préoccupations logistiques comprend l'optimisation du stockage (bonjour FedEx, appelez-nous) ou la distribution de produits tels que les vaccins. La gestion des risques financiers peut être réalisée à l'aide d'algorithmes similaires. De plus, des technologies existent pour créer un Internet quantique qui remplacera certains de nos systèmes cryptographiques afin d'assurer la confidentialité et la sécurité.
Commencez à programmer des ordinateurs quantiques
Vous pouvez vous lancer dans l'informatique quantique dès maintenant (sans vous enivrer d'ivresse quantique ni défier un alcoolique classique dans une course de labyrinthe)! Chez Strangeworks, nous abaissons les barrières à la programmation de l'informatique quantique afin que vous puissiez faire partie de cette communauté open source passionnante. Vous pouvez explorer notre bibliothèque de contenu en constante évolution ou créer la vôtre en tant que membre de la communauté Strangeworks. Vous pouvez exécuter le code ici, sans installation, et voir le résultat. Explorez de nombreux langages et plates-formes de programmation quantique.
Voici quelques bons points de départ:
Jouez avec le code pour une marche aléatoire quantique simplifiée
Cet article détaille comment encoder un piéton aléatoire quantique à quatre nœuds. Commencer par une tâche simplifiée vous aidera à commencer à écrire du code quantique tout de suite sans la surcharge de la complexité du problème. Les informations que vous obtiendrez de cet article seront suffisantes pour donner un sens à ce qui se passe, tandis que le code et la description réels du circuit quantique vous familiariseront avec les moindres détails de la création de programmes pour les ordinateurs quantiques.
Premiers pas avec la plate-forme Strangeworks
Si vous souhaitez simplement plonger dans le monde de l'informatique quantique, il n'y a rien de mieux que de visiter la plate-forme Strangeworks Quantumcomputing.com. Ce guide est le point de départ idéal de ce nouveau paradigme informatique.
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