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L'informatique quantique



Principe de base

Theprincipleofsuperpositionofquantummechanicalstatesmakesthestateofquantuminformationunitinasuperpositionstateofmultiplepossibilities, resultinginquantuminformationprocessingintermsofefficiencycomparedtoclassicalinformationprocessingHasgreaterpotential.The2-bitregisterinanordinarycomputercanonlystoreoneofthefourbinarynumbers (00,01,10,11) atatime, whilethe2-bitqubitregisterinaquantumcomputercanstorethesefouratthesametimeThestateofsuperposition.Asthenumberofqubitsincreases, fornqubits, quantuminformationcanbeinasuperpositionoftwopossiblestates.Withtheparallelismofquantummechanicsevolution, itcanshowfasterprocessingspeedthantraditionalcomputers.

Qubit

Qubit est la pierre angulaire théorique de l'informatique quantique. Dans un ordinateur conventionnel, l'unité d'information est représentée par un bit binaire.

L'état de superposition est une superposition linéaire de l'état « 0 » et de l'état « 1 ». Il peut s'agir soit de l'état « 0 », soit de l'état « 1 ». L'état « 0 » et l'état « 1 » existent chacun en même temps avec une certaine probabilité. etlepremierétatexcité(premierétatexcité),lescomposantes+1/2et-1/2desprotonspincentdanstoutedirection,larotationgaucheetdroitedelalumière polariséecirculairement,etc.

Aquantumsystemcontainsanumberofparticles, whichmoveaccordingtothelawsofquantummechanics, andthesystemissaidtobeinacertainquantumstateinthestatespace.Thestatespacementionedherereferstothevectorspaceformedbymultipleeigenstates (basicquantumstates) .Thebasicquantumstateisreferredtoasbasicstateorbasicvector.StateSpacecanbeexpressedbyHilbertspace (linearcomplexvectorspace), thatis, Hilbertspacecanexpressvariouspossiblequantumstatesofaquantumsystem.Inordertofacilitaterepresentationandoperation, Diracproposestousethesymbol | x> torepresentthequantumstate, et | x> isAcolumnvectoriscalledket; itsconjugatetranspose (conjugatetranspose) isrepresentedby

Principe de superposition

qubits,itcancarryasuperpositionof2statestothepowerof .Theoperatingprocessofquantumcomputersiscalledunitaryevolution,andunitaryevolutionwillensurethateverypossiblestateevolvesinaparallelmanner.Thismeansthatifaquantumcomputerhas500qubits,eachstepofquantumcomputingwilloperateon2 500 possibilitiesatthesametime.2 500 isaterriblenumber,itismorethanthenumberofatomsknownontheearth(thisistrueparallelprocessing,today'sclassiccomputers,theso-calledparallelprocessorisstillonlyonetimeonething). Thinkofquantumasanelectroninamagneticfield.Theelectron'srotationmaycoincidewiththemagneticfield, whichiscalledtheup-spinstate, ortheoppositeofthemagneticfield, whichiscalledthedown-spinstate.Ifwecanuseanenergypulsetoflipthelowerspinstateintoanupperspinstateunderthepremiseofeliminatingexternalinfluences, puis, ifweusehalfoftheenergypulse, thelowerspinstatewillbepreparedintoalowerspinstate.Inthestatewherethespinandtheupperspinaresuperimposed (theprobabilityofbeingineachstateisone moitié) .Pour qubits, itcancarryasuperpositionof2statestothepowerof .Theoperatingprocessofquantumcomputersiscalledunitaryevolution, andunitaryevolutionwillensurethateverypossiblestateevolvesinaparallelmanner.Thismeansthatifaquantumcomputerhas500qubits, eachstepofquantumcomputingwilloperateon2 500 500 possibilitiesatthesametime.2 estunnombreterrible,c'estplusquelenombred'atomesconnussurlaterre(c'estunvéritabletraitementparallèle,lesordinateursclassiquesd'aujourd'hui,lesoi-disantprocesseurparallèlen'estencorequ'unefoisunechose).

Plan d'action

In2016, theEuropeanUnionannouncedthelaunchofaUS $ 1,1 milliard programme "QuantumFlagship"; Germanyannounceda650millioneurosNationalQuantumPlaninAugust2019; ChinaandtheUnitedStatesChinahasalsoinvestedbillionsofdollarsinquantumscienceandtechnology.Thiscompetitionaimstobuildaquantumcomputerthatperformsbetterthantraditionalcomputersoncertaintasks.InOctober2019, Googleannouncedthataquantumprocessorthatperformsspecificcomputingtaskshasachievedthisquantumhegemony.

Le 6 décembre 2019, le vice-Premier ministre russe Maxim Akimov a proposé le plan d'action quantique national lors du forum technologique qui s'est tenu à Sotchi.

Développement

ConceptProposition

TheconceptofquantumcomputationwasfirstproposedbyP.BenioffoftheArgonNationalLaboratoryintheearly1980s.HeItisproposedthatasecond-levelquantumsystemcanbeusedtosimulatedigitalcalculations; Feynmanalsobecameinterestedinthisproblemandbegantostudy, andgaveasessionintheFirstConferenceonPhysicsofComputationheldattheMassachusettsInstituteofTechnologyin1981.Thespeechoutlinesthevisionofrealizingcomputingwithquantumphenomena.In1985, D.DeutschofOxfordUniversityputforwardtheconceptofquantumTuringmachine, andquantumcomputingbegantohavethebasicformofmathematics.However, mostoftheabove-mentionedquantumcomputingresearchislimitedtoexploringthephysicalnatureofcomputing, andisstillatafairlyabstractlevel, andhasnotyetenteredthestageofdevelopingalgorithms.

Développement à moyen terme

En 1994, P.Shor, anappliedmathematicianatBellLabspointedout [3] thatcomparedtotraditionalelectroniccalculators, quantumcomputingcanbeusedinashortertimeInsidedecomposesalargeintegerintotheproductofprimefactors.Thisconclusionopensanewstageofquantumcomputing: Quantumalgorithms, whicharedifferentfromtraditionalcalculationrules, dohavepracticalityandarebynomeansatrickinthepocketsofscientists.Sincethen, newquantumalgorithmshavebeenproposedoneafteranother, andoneoftheimportantissuesfacingphysicistsnextishowtobuildarealquantumcalculatortoexecutethesequantumalgorithms.Manyquantumsystemshavebeennamedastheinfrastructureofquantumcalculators, suchasphotonpolarization (photonpolarization), cavityquantumelectrodynamics (CQED), iontrap (iontrap), andnuclearmagneticresonance (nuclearmagneticresonance). , RMN) et bientôt. À partir de 2017, compte tenu de facteurs tels que l'évolutivité du système et la précision du contrôle, les pièges à ions et les systèmes supraconducteurs sont en avance sur les autres systèmes physiques.

InAugust2019, China'squantumcomputingresearchmadeimportantprogress: scientistsledtherealizationofhigh-performancesingle-photonsources.PanJianwei, anacademicianoftheChineseAcademyofSciencesandaprofessorattheUniversityofScienceandTechnologyofChina, ledbyLuChaoyang, HuoYonghengandothers, andcooperatedwithmanydomestic, allemand, andDanishscholarstoproposeanewtheoreticalsolutionforthefirsttimeintheworld, whichisbasedonthenarrowbandandbroadbandmicrocavities.Thesuccessfulrealizationofasingle-photonsourcewithdeterministicpolarization, grande pureté, highidentityandhighefficiencyhaslaidanimportantscientificfoundationforopticalquantumcomputerstosurpassclassicalcomputers.Theinternationalauthoritativeacademicjournal "Nature Photonics" recentlypublishedtheresults, commentingthatit "solvesalong-standingchallenge."

Perspectives de développement

L'informatique quantique permettra aux ordinateurs de largement dépasser la puissance de calcul des ordinateurs d'aujourd'hui, mais il reste encore de nombreux obstacles.

Le premier ordinateur quantique commercial au monde

CanadianquantumcomputingcompanyD-Waveofficiallyreleasedtheworld'sfirstoneonMay11,2011Commercialquantumcomputer "D-WaveOne", thedreamofquantumcomputerisabigstepclosertous.D-Wave'ssloganis- "Oui, youcanhaveone." Enfait, asearlyasthebeginningof2007, D-WaveCompanydemonstratedtheworld'sfirstcommercialandpracticalquantumcomputer "Orion" (Orion), butstrictlyspeaking, thesystemwasnotreallyaquantumcomputeratthetime, butitcouldbeused.Somespecial -desmachinesdestinésavecdesméthodesdemécaniquequantiquepourrésoudrelesproblèmes.

Les tâches à usage général sont loin des adversaires des processeurs au silicium traditionnels, et la programmation doit être réappris.

L'informatique quantique permettra aux ordinateurs de largement dépasser la puissance de calcul des ordinateurs d'aujourd'hui, mais il reste encore de nombreux obstacles.

En janvier 2017, D-Wave a lancé D-Wave2000Q. Ils ont affirmé que le système se compose de 2 000 qubits et peut être utilisé pour résoudre des problèmes tels que l'optimisation, la sécurité du réseau, l'apprentissage automatique et l'échantillonnage.

Le système informatique quantique D-WaveOne et le fondateur de la société D-Wave et le CTO Geordie Rose

Le premier simulateur quantique non local développé par l'Université des sciences et technologies de Chine

LegroupederechercheduprofesseurLiChuanfengduKeyLaboratoryofQuantumInformationoftheUniversityofScienceandTechnologyofChinaadéveloppéunsimulateurquantiquenonlocalpourlapremièrefoisetsimulélephénomènesuperluminaldanslemondedutempsdeparité(PT).

Cette expérience démontre pleinement le rôle important des simulateurs quantiques non locaux dans l'étude des problèmes de physique quantique.

Les simulateurs quantiques sont des ordinateurs quantiques dédiés qui résolvent des problèmes spécifiques. Ce concept a été proposé pour la première fois par Feynman en 1981.

Première exposition de Huawei aux résultats de l'informatique quantique

Le 12 octobre 2018, Huawei a annoncé les dernières avancées dans le domaine de l'informatique quantique : le simulateur d'informatique quantique HiQ La plate-forme de services cloud est sortie.

Baidulalance BaiduQuantumPlateforme

OnSeptember15,2020, le "BaiduWorld2020" conferencewillbeheldonline, BaiduResearchInstituteQuantumComputingInstituteThedirectorDuanRunyaoreleasedtheBaiduQuantumPlatform, demonstratingtheBaiduQuanmai + QuantumPaddle + Quanyifuempoweringnewinfrastructureandpursuingthevisionof "everyonecanbequantum" .Heintroduced, « Baiduhasnewlyreleasedthefirstcloud-nativequantumcomputingplatforminChina, QuanYiFu, andcomprehensivelyupgradedthequantumpulsecloudcomputingservicesystem, QuantumPulseandQuantumMachineLearningDevelopmentTool, QuantumPaddle.Ecologyopensthedoortothequantumera." BaiduQuantumPlatformprovidesalargenumberofsoftwaretoolsandinterfacesrequiredtoconnecttop-levelsolutionsandunderlyinghardwarefoundations.Baiduhopesthatthisplatformwillplaytheroleofanoperatingsysteminthequantumcomputingera, developersandpartnersTheempowermentofquantumcomputingtotheindustrycanberealizedthroughthisplatform.

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