Même si on a l’impression qu’un ordi fait plein de choses, en réalité, il n’a qu’une seule mission : il traite de l’information (d’où le mot “informatique“). Votre ordi stocke de l’information sur votre disque dur, il traite des info avec son processeur (comme la page que vous lisez ou un film que vous regardez), et il transforme cette information en un son ou en image. Cette information que manipule l’ordinateur a la caractéristique d’être codée en binaire, c’est-à -dire avec des 0 et des 1. Autrement dit, un ordinateur réfléchit en binaire. Une mémoire d’ordinateur est ainsi constituée de milliards de cases contenant soit un 0, soit un 1. Une telle case s’appelle un bit.
On a aussi l’impression que les ordinateurs peuvent résoudre tous les problèmes du monde parce qu’ils sont puissants et efficaces. Et c’est faux !
Les chercheurs rencontrent souvent des problèmes que leurs ordinateurs ne peuvent pas résoudre. Alors, ils cherchent des moyens de rendre leurs ordi plus puissants. Pour rendre un ordinateur plus puissant, il faut :
- augmenter sa mémoire (pour stocker + d’informations).
- augmenter le nombre de transistors dont il dispose (pour traiter + d’informations).
Malheureusement, il arrive un moment où rajouter de la mémoire et du processeur ne suffit même plus à rendre l’ordi satisfaisant.
sources : Institut Pandore
L’idée de l’ordinateur quantique est d’exploiter certains principes fondamentaux de la physique quantique, notamment la superposition des états. Ainsi, tandis qu’un bit d’information classique ne peut prendre que la valeur 0 ou 1, un bit quantique, ou qubit, est dans une superposition de l’état 0 et 1. Les propriétés de ce type d’état laissent penser qu’il est possible d’augmenter les capacités et la vitesse de traitement de l’information. L’inconvénient est que ces états superposés sont fragiles et sont détruits par la moindre interaction avec leur environnement. Leur maîtrise technique est encore un immense défi.
Wikipédia Ordinateurs Quantiques
Pour la science.fr
Selon Catherine McGeoch « Certains problèmes qui prendraient des milliards d’années pour être traités par un ordinateur classique pourraient être résolus en quelques minutes avec un ordinateur quantique. »
« Un ordinateur quantique traite l’information en la codant dans un état quantique. Or, un état quantique peut contenir une immense quantité d’informations. Par exemple, la description complète d’un système quantique contenant 100 particules requiert 2100 variables. Pour cette raison, les ordinateurs quantiques peuvent effectuer des calculs irréalisables même par les ordinateurs classiques les plus puissants. » explique Andris Ambainis chercheur et scientifique quantique.
Le qubit est en quelques sorte la même chose qu’un bit dans un ordinateur classique. Le qubit, qui est lié à l’atome, au photon ou à l’électron peut avoir trois état, on va dire le 1, le 0 et une superposition de 1 et de 0. Le fait d’avoir cette état de superposition entre le 0 et le 1 permet au qubit, quand il est accompagné d’un autre qubit d’avoir quatre états, et quand on rajoute deux autres qubits, on aura 16 états. La loi générale sera alors “2” à la puissance “n” avec “n” qui est le nombre de qubit dans le processeur. Je vous laisse imaginer la quantité d’information qu’on pourrait traiter avec plusieurs qubits dans le processeur. Il existe plusieurs façons physiques de représenter un qubit, on peut le représenter par les spin d’électron, par les niveaux d’énergie dans un atome ou par la polarisation d’un photon.
On a du mal à imaginer comment on pourrait piéger quelques atomes ou électrons dans sa tour d’ordinateur et les utiliser comme processeur. Le monde microscopiques atomiques est un monde instable qui interagit très rapidement avec les conditions externes. On pourrait résumer les contraintes en deux éléments majeurs: Premièrement, pendant la phase de calcul, le système doit être totalement isolé du monde extérieur. On ne le laisse communiquer avec l’extérieur qu’avant l’introduction des données et après la lecture des résultats. L’isolement thermique total ne peut bien sur pas exister, mais si l’on arrive à maintenir le système sans interférence juste les quelques microsecondes nécessaires pour le calcul, on pourrait avoir nos résultats. Ce phénomène d’interférence est appelé décohérence, c’est le principal obstacle actuel à la réalisation d’ordinateur quantique. Le temps de décohérence correspond pour un système quantique au temps pendant lequel ses propriétés quantiques ne sont pas corrompues par l’environnement externe. Deuxièmement, le calcul doit se faire sans la moindre perte d’information. En particulier tout circuit de calcul quantique doit être réversible. Dans les circuits logiques “classiques” certaines portes ne vérifient pas cette propriété (porte NAND par exemple). Cependant des astuces de construction permettent de contourner cette difficulté en conservant des informations supplémentaires non directement utiles. Toutes les portes classiques ont un équivalent quantique. De nombreux projets ont réussi à créer un environnement quantique idéal pour réaliser des ordinateurs quantiques. Ils ont pour la plupart utilisé des circuits supraconducteurs avec jonction Josephson, des pièges à ion ou des atomes provenant d’un condensat de Bose-Einstein piégés dans un réseau optique.
Les problèmes de conception sont également très nombreux. Au-delà de la création d'un qubit, il faut notamment aussi être capable de créer des détecteurs pour mesurer l'information portée par le qubit. Cela implique de maitriser les paramètres du flux magnétique (intensité et distribution spatiale), ce qui se révèle complexe.
Souvent ouvertement critiqués par la communauté scientifique, certains chercheurs, et notamment français, ont imaginé la prochaine étape. Simon Thorpe, directeur de recherche du CNRS au CERCO (Centre de recherche cerveau et cognition) à Toulouse, n'hésite pas a affirmer l'existence d'un lien entre conscience et physique quantique , en faisant référence notamment aux travaux des chercheurs américains Stuart Hameroff et Roger Penrose. De là à évoquer un futur ordinateur quantique qui serait doué de conscience... Simon Thorpe pose la question de cette éventualité pour le futur
Sources : journaldunet.com
L'histoire du qubit
kingofgeek.com
Les algorithmes quantiques sont parfois plus performants que leurs homologues classiques. Ce serait le cas pour le problème du voyageur de commerce.
problème du voyageur de commerce
L'algorithme quantique serais plus efficace qu'un algorithme classique pour ce genre de problème.
L'intelligence artificielle actuelle (IA) est une découverte révolutionnaire qui a permis l’amélioration de la vie humaine. Mais elle n'est pas aussi puissante que le cerveau humain. Généralement, l'IA reproduit les fonctions du cerveau humain seulement pour accomplir certaines tâches. En somme, c'est un copier-coller du cerveau humain.
M. Hartmann et ses collègues empruntent une voie différente en donnant au matériel informatique la capacité de prendre ses propres décisions. Le secret est dans les neurones. Les chercheurs sont convaincus que leur version aboutira à la création d'une IA beaucoup plus puissante et plus rapide.
Comment ? L'équipe prévoit de créer son propre réseau neuronal en utilisant les dernières technologies quantiques, au lieu d'améliorer le logiciel d'IA existant. Recréer ces cellules nerveuses depuis la chair jusqu’à la machine signifie que les dispositifs quantiques doivent être fabriqués à partir de circuits électriques supraconducteurs. Ceux-ci généreront ou non des sorties basées sur les signaux d'entrée combinés.
«Pour utiliser pleinement la technologie, il faudra créer de plus gros équipements, un processus qui peut prendre dix ans ou plus, car de nombreux détails techniques doivent être contrôlés très précisément pour éviter les erreurs de calcul... Mais une fois que nous aurons montré que les réseaux de neurones quantiques peuvent être plus puissants que les logiciels classiques d'IA, en application réelle, ils deviendraient très rapidement une des technologies les plus importantes», écrit Hartmann dans The Conversation.
Le projet vise à créer simultanément de multiples IA dans un seul appareil quantique, un exploit que la technologie actuelle n'a pas été en mesure de réaliser. En cas de succès, les applications et périphériques existants pourraient devenir incroyablement puissants. Ainsi, ils seraient capables de reconnaître des millions de visages lors de l'utilisation de la technologie de reconnaissance faciale, et pourraient aider à la gestion de la conduite des voitures. Avec un ordinateur quantique, fonctionnant comme un cerveau humain, ces programmes peuvent utiliser les données recueillies, pour prendre de meilleures décisions basées sur les commentaires des utilisateurs.
sources : Vision Times
L’essor de l’informatique quantique a poussé les scientifiques à développer de nouveaux moyens de manipuler les interactions lumineuses afin d’obtenir une vitesse de traitement de l’information toujours plus élevée à l’échelle nanométrique. Une nouvelle technologie holographique basée sur des interactions électrons-photons devrait permettre aux chercheurs d’avancer sur de nouvelles pistes concernant le développement d’ordinateurs quantiques.
La photographie mesure la quantité de lumière de couleur différente frappant le film photographique. Cependant, la lumière est aussi une onde et est donc caractérisée par une phase. La phase spécifie la position d’un point dans le cycle de l’onde et est corrélée à la profondeur de l’information, ce qui signifie que l’enregistrement de la phase de la lumière diffusée par un objet peut reconstituer sa forme 3D complète, ce qui ne peut pas être obtenu avec une simple photo.
C’est la base de l’holographie optique. Mais le problème est que la résolution spatiale de la photo/hologramme est limitée par la longueur d’onde de la lumière, autour ou juste au-dessous de 1 µm (0.001 mm). C’est une résolution suffisante pour les objets macroscopiques, mais elle montre vite ses limites dans le domaine de la nanotechnologie.
Des chercheurs du laboratoire de Fabrizio Carbone à l’EPFL, en Suisse, ont mis au point une méthode permettant de voir comment la lumière se comporte à la plus petite échelle, bien au-delà des limites de longueur d’onde. Les chercheurs ont utilisé le support photographique le plus inhabituel : les électrons à propagation libre. La recherche a été publiée dans la revue Science Advances.
Utilisé via leur microscope électronique ultrarapide, le procédé peut coder des informations quantiques dans un motif lumineux holographique piégé dans une nanostructure, et repose sur un aspect exotique d’interaction électron-lumière. Les scientifiques ont utilisé la nature quantique de l’interaction électron-lumière pour séparer les faisceaux d’électrons de référence et d’imagerie électroniques en énergie, plutôt qu’en espace.
Cela permet désormais d’utiliser des impulsions lumineuses pour chiffrer des informations sur la fonction d’onde électronique, qui peuvent être cartographiées avec une microscopie électronique à transmission ultra-rapide. La nouvelle méthode peut apporter deux avantages importants : premièrement, les informations sur la lumière elle-même, ce qui en fait un outil puissant pour l’imagerie de champs électromagnétiques, avec une précision attoseconde et nanométrique dans le temps et dans l’espace.
Microsoft va ouvrir son compilateur Q# dédié à l’informatique quantique, ainsi que les simulateurs quantiques intégrés à son "Quantum Development Kit". L’annonce a été faite le 6 mai lors de la conférence Build 2019.
Pour rappel, les ordinateurs quantiques utilisent des bits quantiques, dont la valeur n'est pas binaire comme les bits classiques mais consiste en une superposition d'états. Cela les rend particulièrement aptes à réaliser certains types de calculs spécifiques, leur capacité de traitement augmentant de manière exponentielle à mesure que leur nombre de qubits augmente. Mais ils requièrent aussi une nouvelle façon de programmer, d'où cette initiative de Microsoft.
Outre une liberté d’utilisation accrue pour les développeurs et les entreprises, le passage en open source va permettre aux universités et autres institutions académiques de pouvoir en faire usage. Ils seront publiés sur GitHub "dans les mois qui viennent".
sources : Usine Digitale
« L’holographie conventionnelle peut extraire des informations 3D en mesurant la différence de distance parcourue par la lumière de différentes parties de l’objet » explique Fabrizio Carbone. « Mais cela nécessite un faisceau de référence supplémentaire provenant d’une direction différente pour mesurer l’interférence entre les deux. Le concept est identique à celui des électrons, mais nous pouvons maintenant obtenir une résolution spatiale plus élevée en raison de leur longueur d’onde beaucoup plus courte ».
« Par exemple, nous avons pu enregistrer des films holographiques d’objets en mouvement rapide en utilisant des impulsions électroniques ultra-courtes pour former les hologrammes » ajoute-t-il. Au-delà des calculs quantiques, la technique présente la résolution spatiale la plus élevée par rapport aux solutions alternatives et pourrait changer la façon dont nous envisageons la lumière dans la vie quotidienne.
« Jusqu’à présent, la science et la technologie se limitaient aux photons à propagation libre, utilisés dans les dispositifs optiques macroscopiques. Notre nouvelle technique nous permet de voir ce qui se passe avec la lumière à l’échelle nanométrique, première étape de la miniaturisation et de l’intégration de dispositifs de lumière sur des circuits intégrés » conclut Carbone.
sources : Trust my science
Afin de protéger nos données digitalisées en les chiffrant, dans des passeports ou dans des cartes d’identité électroniques par exemple, la cryptographie à clé publique est utilisée. Ces clés sont exploitées au quotidien et permettent d'échanger des informations entre pays lors de la vérification d'une identité au moment d'un passage à une frontière. Elles permettent également de chiffrer des messages ou encore des transactions bancaires. Nos données sont chiffrées majoritairement via deux systèmes de protection des transmissions d'informations appelés RSA et courbes elliptiques (ECC). Le premier chiffre de manière très complexe les informations en utilisant des combinaisons de nombres premiers très grands (un nombre premier correspond à un nombre qui ne peut être divisé que par 1 ou par lui-même). Le second, quant à lui, est basé sur la résolution d’une équation géométrique complexe. Des algorithmes ont été créés pour déchiffrer des messages chiffrés en RSA et en ECC. Cependant, cette méthode de chiffrement est si compliquée que même les ordinateurs actuels les plus puissants mettraient des millions d'années à casser cette sécurité.
L’ordinateur quantique, quant à lui, et les algorithmes quantiques, bien plus puissants que ce que l'on connaît aujourd'hui, sont potentiellement capables de casser des clés et donc de déchiffrer les données en peu de temps.
L’ordinateur quantique n’a pas encore été créé, cependant cela devrait devenir une réalité au cours de la prochaine décennie. C’est pourquoi une entité publique luxembourgeoise comme INCERT se prépare à cette arrivée en étudiant les différents algorithmes et procédures à mettre en place pour la sécurité de nos données personnelles. Tant au niveau national qu'international, des experts travaillent sur ce que l'on appelle la cryptographie post-quantique, c’est-à -dire une cryptographie résistant aux ordinateurs quantiques.
L'ordinateur quantique arrivera dans un laps de temps, pour le moment, incertain. La sécurité de nos données personnelles digitalisées étant une de ses priorités, INCERT est en train de se préparer au mieux en entamant des recherches préliminaires pour la prochaine génération de documents d’identité électroniques. Ces recherches permettront ensuite d’adapter ses protocoles de sécurité aux algorithmes post-quantiques existants.
sources : Paperjam
20 minutes.fr