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Comment est fait un qubit ?

Comment est fait un qubit ?

Comment fonctionne un QBIT ? Le qubit à ions piégés correspond à des orientations magnétiques d’ions, généralement de calcium, maintenus sous vide. Il fonctionne lui aussi à très basse température. Un laser sert à la mesure et exploite le phénomène de fluorescence des ions excités par le laser.18 mai 2021 Qui a inventé l’ordinateur quantique ? Richard Feynman Comment fonctionne les qubits ? Le qubit à ions piégés correspond à des orientations magnétiques d’ions, généralement de calcium, maintenus sous vide. Il fonctionne lui aussi à très basse température. Un laser sert à la mesure et exploite le phénomène de fluorescence des ions excités par le laser.18 mai 2021 Comment est refroidi un ordinateur quantique ? Un ordinateur quantique basé sur des qubits supraconducteurs, par exemple, est refroidi à des températures de l’ordre du millikelvin (ce qui est plus froid que l’espace interstellaire) et est contrôlé à l’aide de micro-ondes2. Quel est l’ordinateur quantique le plus puissant du monde ? Le processeur quantique Eagle d’IBM de 127 qubits est le plus puissant au monde. IBM a dévoilé son dernier et plus puissant processeur quantique, qui représente une avancée majeure dans le secteur de l’informatique quantique. Nommé Eagle, le processeur de 127 qubits est le premier de son genre à dépasser les 100 qubit.17 nov. 2021

Est-ce que l’ordinateur quantique existe ?
Pourquoi un ordinateur quantique est plus rapide ?
Qui possède un ordinateur quantique ?

Est-ce que l’ordinateur quantique existe ?

Un ordinateur quantique utilise les propriétés de la mécanique quantique telles que la superposition et l’intrication[2] pour traiter les données. Des particules élémentaires de matière, comme les photons, remplacent les bits.31 août 2022

Pourquoi un ordinateur quantique est plus rapide ?

La décohérence en est l’obstacle majeur : l’ordinateur quantique, pour calculer de manière bien plus rapide et efficace qu’un ordinateur classique, va utiliser la superposition et l’intrication d’états qui sont beaucoup plus sensibles à l’environnement que les états classiques.16 déc. 2020

Qui possède un ordinateur quantique ?

En décembre 2019, Google a certes affirmé avoir atteint la suprématie quantique à l’aide d’une machine de 53 qubits, le processeur Sycamore, qui a, selon l’entreprise, été utilisé pour effectuer en un peu plus de trois minutes une opération qui aurait pris 10 000 ans à un ordinateur traditionnel.10 mars 2022


Bonjour à tous Aujourd’hui nous allons vous apprendreà construire un ordinateur quantique. Bah ouais, tout à fait (rires) Il manque même quelque chosec’est beaucoup d’argent et ça on peut le demander à quelqu’un. Bonjour. Rebonjour. Les technologies quantiques font partiesde ces quelques clefs du futur un engagement public privéde 1.8 milliards d’euros. (sluuurp) En ce moment il y abeaucoup de pays qui investissent dans la rechercheen technologies quantiques et donc comme on vient de le voir la Franceelle va donner presque 2 milliards d’euros à cette recherchepour les 5 prochaines années. 2 milliards ! Pourquoi autant de hype? En fait elles sont super utilestoutes ces technologies. Cela va nous permettre d’améliorer le GPS,de prédire des réactions chimiques très complexes comme on peut avoir dansl’industrie pharmaceutique ou encore de rendre les communicationsbeaucoup plus sécurisées grâce aux protocoles de cryptographiequ’on va mettre en place. Malgré la diversité de toutes ces applications,en fait, elles sont toutes basées sur le même objet c’est la brique élémentaire del’information quantique : le qubit. Ça à vraiment l’air stylé !Mais c’est quoi un qubit? Déjà est-ce que tu sais ce que c’est un bit? Bien sûr c’est la brique élémentairequi est à la base de l’information du monde numérique qui est autour de nous. En fait je sais que tousles documents que l’on écrit, les messages que l’on envoieet je crois même cette vidéo sont stockés sous la forme de chaînesde bits qui valent 0 ou 1 chacun. Après j’avoue que j’ai jamais vraiment compriscomment ça marche, ça, dans la pratique. Prends ton téléphone. Par exemple à l’intérieur il y aplein de petits interrupteurs électriques. (rires) Ces interrupteurs on les appelle des transistors. Quand l’interrupteur est fermé le bit vaut 0 et quand l’interrupteur est ouvert le bit vaut 1. C’est pareil pour les ordinateurs ou les autres appareils électriques. Mais ça ne veut pas forcément dire qu’ona besoin d’électricité pour avoir des bits. En fait c’est juste un support qui nous permetd’avoir des processeurs qui sont rapides et compacts. Mais on pourrait utiliser plein d’autres supports différents. Par exemple il y a 50 ans on utilisait descartes perforées pour stocker l’information et sur certaines d’entre-elles quand on avait un trou le bit valait 1 et quand on n’avait aucun trou le bit valait 0. Dans un autre genre un youtubeur s’est même amusé à faire un ordinateur avec de l’eau. Mais donc on peut utiliser n’importe quel support pour le bit? En principe oui, mais en fait on a quand même une contrainte. il faut que l’on puisse distinguer clairement deux configurations aussi appelées états du système qu’on va noter 0 ou 1. On pourrait par exemple utiliser une balançoire et puis on noterait arbitrairement 0 quand Beate est au sol et 1 quand c’est Adrien. On peut aussi utiliser une pièce de monnaie, comme celle-là et on va noter 0 quand on a Pile et 1 quand on a Face. Gardez bien cet exemple en tête parce qu’on va l’utiliser plus tard. Je vois, je vois. Donc 0 et 1 ils n’ont rien de spécial non plus, non? C’est ça exactement. En fait, ce sont juste des étiquettes. Donc jusqu’à présent on a parlé d’un seul bitmais évidemment dans vos téléphones il y a des milliards de transistors qui travaillenten même temps pour résoudre un problème donné. Cela va nous permettre de faire des calculs mais aussi de communiquer via internet par exemple. Pour résoudre ces problèmes ils sont décomposés en plus petites étapes qui sont ensuite exécutées dans un ordre donné. Et cette séquence d’étapes c’est ce qu’on appelle un algorithme. Par exemple un algorithme qui intéresse beaucoup les informaticiens c’est celui qui permet de décomposer les nombres en produit de nombres premiers. Bref, comme 15 c’est 3×5? Oui c’est ça exactement et en fait le temps de calcul va dépendre de la longueur du nombre que tu vas vouloir décomposer. Cela va être rapide et très simple pour des petitsnombres, comme 15. Ça, ça se fait en 30 nanosecondes. Nanosecondes ! Ils sont rapides les ordinateurs. Oui, mais si tu prends des plus gros nombres,par exemple un nombre à 250 chiffres l’année dernière il y a une équipe françaisequi a réussi à le faire en 2700 ans répartis sur plusieurs ordinateurs évidemmentmais c’était considéré déjà comme rapide. Et ce comportement se retrouve dans beaucoup d’algorithmes courants. Le temps de calcul va augmenter énormément quandon augmente le nombre de paramètres. Et donc ça, ça pose un problème quand on regardeles algorithmes de prédiction pour la météo, pour les catastrophes naturellesou pour la bourse aussi. Des problèmes importants quoi ! Oui c’est ça, et c’est pour ça qu’ily a un champ de recherche en informatique qui est dédié à trouver des algorithmesde plus en plus rapides. Mais depuis quelques années la communautéelle s’accorde à dire qu’avec le système actuel ça va être difficile de faire vraiment des avancées conséquentes. Il faut changer de paradigme quoi ! Oui c’est ça la solution qui a été trouvée vraiment :changer de paradigme. Donc au lieu d’utiliser des bits commeon en a parlé au début de la vidéo, on va plutot utiliser des bitsquantiques aussi appelés qubits. Avec un algorithme adapté et des qubitspour décomposer un nombre de 250 chiffres cela nous prendrait seulement quelques heures au lieu de plusieurs milliers d’années. Ça avance vraiment vite mais en fait la factorisation ce n’est pas super fun… Oui je sais ça à l’air un peu ennuyeux dit comme ça mais si on se base sur le principe qu’il esttrès difficile de résoudre ce problème pour des très grands nombres c’est comme ça qu’on arriveà rendre des communications de plus en plus sécurisées. Et c’est de ça dont on a envie quand on vacommuniquer nos informations bancaires par exemple. Les algorithmes qui vont utiliser les qubits a priori ils sont beaucoup plus puissants pour décrypter des communications. Mais en fait c’est quoi ces qubits? Alors déjà c’est comme un bit.C’est un système dans lequel on peut distinguer clairement deux états, un 0 et un 1. Pour l’instant c’est exactement pareil qu’un bit. Oui mais ce qui est très différentc’est que le système physique qui va supporter les qubits c’est un système très particulier puisqu’on ne peut utiliser que des objets quantiques par exemple des photons, des électrons ou des atomes, ce genre d’objets. Pour expliquer ce qu’est un qubit on va utiliser des pièces de monnaie et faire une expérience de pensée. Donc on va prendre cette pièce qui se comporte comme un qubit, évidemment une telle pièce n’existe pas dans la réalité mais elle va nous permettre d’expliquer le concept. Elle a un côté Pile et un côté Face comme une pièce classique et un lancer va représenter une mesure de l’état du qubit. Elle a l’air d’une pièce tout à fait normale,je vais la lancer quelques fois. J’ai obtenu Face, commence à compter.Attends peut-être que tu devrais regarder l’autre côté quand même. L’autre côté c’est… C’est Face??? Mais c’est Face et Face. J’étais sûr qu’il y avait deux côtés,un côté Pile et un côté Face. C’est pour ça que c’est une pièce qui se comporte comme un qubit. Les qubits sont très fragiles et quand on les mesure on les force à se fixer dans une des deux configurations. Donc là tu as obtenu Face à ton premier lancer et après à chaque que tu vas la relancer tu obtiendras Face à tous les coups. Donc il n’y a pas moyen de vérifier que ma pièce n’est pas truquée si je la lance une première fois et que c’est Face, j’obtiens toujours Face. En fait il y a quand même une solution il suffit que je te donne un sac avec plein de pièces identiques et que tu fasses plusieurs lancers. Pile Face Donc tu as lancé plusieurs pièces qui sontidentiques une seule fois à chaque fois pour mesurer l’état de ce qubit. Tu as obtenu autant de Pile que de Face donc on peut dire que notre pièce quantique elle est dans unesuperposition équilibrée de pile et de face. (visible confusion) Et ce terme de superposition c’est le terme qui est réellement utilisé en information quantique pour décrire ce phénomène. Et quand on lance la pièce c’est-à-direqu’on mesure l’état du qubit on va casser la superposition etle système va se fixer dans une des deux configurations, ici soit Pile soit Face. La superposition est une propriété fondamentale etsurtout très étonnante des objets quantiques. Le système quantique va se trouverdans plusieurs états en même temps et il va se fixer dans une des configurationsquand l’expérimentateur le mesure. Bon je crois que de l’exemple de la pièce j’ai tout compris mais cette histoire de superposition ça à l’air très théorique… Ça sert à expliquer quelque chose dans la pratique? Oui en fait ça illustre beaucoup de situations physiques. Par exemple on peut prendre le cas d’unatome pour expliquer ce qu’il se passe. On sait qu’un atome est constitué d’un noyaucentral et d’électrons qui orbitent autour. Mais la position de l’électron n’est pasdéfinie jusqu’au moment où on la mesure. En fait l’électron est dans une superpositiond’une infinité de positions autour du noyau et on peut décrire ça comme un nuage de positions autour du noyau où l’électron pourrait se trouver. Et c’est quand on la mesure que l’électronva se fixer dans une des positions définies. Il faut retenir que la superposition estun concept propre aux objets quantiques : des électrons, des atomes par exemple. Des objets qui sont très éloignés des objets du quotidien. Notre analogie avec la pièce de monnaie,c’est juste une analogie et ce n’est pas la première. De grands physiciens comme Schrödingeravec son célèbre exemple du chat qui est dans une superposition des états “mort”et “vivant”, s’y sont essayés avant nous. Mais la superposition est loin d’être lapropriété quantique la plus étonnante. On voudrait conclure cette vidéo en vous parlant d’un phénomène qui a déconcerté beaucoup de physiciens : l’intrication. Arrête, tu me dis qu’il y a pire que la superposition? Et oui, et ça à même étonné Einstein, Podolski et Rosen qui en 1935 ont publié un article où ils parlent des effets dérangeants de l’intrication. Apparemment c’était complètement en contradictionavec les principes fondamentaux connus à l’époque. Ah tu m’intrigues là !Donc c’est quoi cette propriété d’intrication? Ok, donc je vais essayer de t’expliquer le principe de base. Là où la superposition se manifestait en observant une seule particule pour l’intrication on a besoin d’avoir au moins deuxparticules puisque c’est une propriété qui est partagée. Imaginez deux objets, par exemple deux particules, qui vont interagir. Imaginez juste qu’à un moment les deux particules se rencontrent et qu’à l’issue de cette rencontre un lien invisible va se créer entre les deux particules. Cela veut dire que si l’on envoie une particule à un endroit et l’autre particule à l’autre bout de l’univers,ce lien invisible va subsister. Et si on agit sur une des deux ça aura desrépercussions instantanément sur la deuxième quel que soit l’endroit où elle se trouve dans l’univers. Ok je ne suis pas sûr d’avoir compris,tu n’aurais pas un autre exemple avec tes pièces là? Ok d’accord, on va essayer de faire une autre expérience de pensée pour montrer ce que ça fait, entre des piècesquantiques, d’avoir un lien d’intrication et de voir comment ça influence leur comportement. Donc on va prendre deux pièces quantiques comme tout à l’heure Celles-là elles ne sont pas du tout intriquées,elles sont totalement indépendantes. Comme avant. On va prendre plusieurs copies d’entre elles puisqu’une fois qu’on a fait la mesure elles vont se fixer dans une des deux configurations. On va les lancer et on va garder en mémoire les résultatsqu’on obtient simultanément pour chacune des pièces. Ok c’est parti ! Face | Face Face | Pile Pile | Face Ouf c’était un peu long de garder en tête 1000 lancers mais j’ai pris des notes. Alors on a eu les quatres résultats auxquels on s’attendait PP +/- 1/4 de fois, FF +/- 1/4 de fois,PF et FP de même +/- 1/4 de fois. Je trouve que c’est plutôt comme des pièces normales, non? Oui tout à fait c’était vraiment des pièces indépendantes. Maintenant je te propose de changer, on va prendre des pièces qui ont interagi et qui ont maintenant un lien d’intrication et on va voir ce que ça change sur le résultat des lancers. Ok c’est parti. Face | Face Pile | Pile Pile | Pile Bon c’est la dernière fois que tu me fais faire 1000 lancers tout d’un coup hein ! J’ai pris des notes cette fois aussi. Bon ça me semble tout à fait ordinaire mais non en fait il y a un truc qui cloche. On n’a jamais eu les résultats Pile/Face ni le résultat Face/Pile. Comment c’est possible en fait tous les résultats que l’on a eu sont Face/Face ou Pile/Pile, 50% environ chacun. C’est un peu comme si les deux pièces étaient synchronisées. Oui exactement et c’est la manifestation du lien d’intrication entre les deux pièces. Donc félicitations ! Tu es aussi confus qu’Einstein et la majorité des physiciens en fait. (visible confusion) Et ouais c’est la classe, mais en fait on en va pas aller plusloin dans cette vidéo sur ce que c’est que l’intrication. Ce qu’il faut savoir c’est que c’est grâce à cette propriété que le calcul quantique prend toute sa puissance d’un point de vue algorithmique. Finalement on a vu pas mal de choses dans cette vidéo. Au tout début on a parlé des bits qui sont des systèmes physiques avec deux configurations distinctes. Et face aux limitations des ordinateurs classiques on a décidé d’utiliser des bits quantiques ou qubits. C’est aussi des systèmes physiques avec deux configurations distinctes mais qui sont encodés sur des objets quantiques, et à causede ça ils ont des propriétés physiques très surprenantes. La superposition, le fait que cette superposition se casse quand on la mesure, l’intrication. Et grâce à ces propriétés les physiciens et les informaticiensespèrent pouvoir mettre au point des ordinateurs quantiques. Ils ne seront pas plus efficaces que les ordinateurs classiques pour tous les problèmes mais pour certaines tâches ils seront beaucoup plus rapides. On ne regardera jamais Netflix sur un ordinateur quantique. En revanche ils pourront décomposer de très grands nombres en produit de facteurs premiers très facilement. Cela peut paraître anecdotique mais la plupart des protocoles de sécurité sur internet aujourd’hui sont basés sur le fait que ce problème est très difficile à résoudre pour les ordinateurs classiques mais pour les ordinateurs quantiques avec un très grand nombre de qubits ce sera très facile. Pas de panique, on n’y est pas encore puisque les ordinateurs quantiques en ce moment manipulent seulement un très petit nombre de qubits. Et en plus cette menace elle est prise au sérieux, on a déjàdes protocoles résistants qui sont en train d’être mis en place. Enfin une branche entière de l’information quantique que l’on appelle la cryptographie quantique est dédiée à la recherche de méthodes qui utilisent des qubits pour pouvoir encrypter et partager nos informations de manière sécurisée. Merci beaucoup d’avoir regardé cette vidéo ! On espère qu’elle vous a plu et qu’elle vous aura donné envie de vous intéresser à l’information quantique. Si vous voulez en savoir plus on vous a mis des références sous la vidéo. A bientôt dans la prochaine vidéo et abonnez-vous à la chaîne. Salut !

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