Informatique quantique : changement de paradigme pour les technologies de l'information ?

En mécanique quantique, les informations sont stockées et traitées dans un système qui obéit aux lois de la mécanique quantique et que ces lois constituent la base du traitement de l'information. L'information dans un processeur quantique est encodée dans les états de ses qubits.

États de superposition :

Contrairement au bit classique, où l'information est représentée par les états «marche» ou «arrêt» d'un transistor, voir la figure 1 , un qubit ne se limite pas à être dans les états «0» ou «1», mais il peut en fait être dans les deux en même temps, voir la figure 1 . Mathématiquement, nous pouvons représenter l'état qubit comme un point sur une sphère unitaire, connue sous le nom de sphère de Bloch.

Lorsque nous effectuons une mesure de l'état quantique, le système s'effondre dans un état spécifique, avec une probabilité de se retrouver dans l'un des deux états donnés par la «latitude» des coordonnées d'état sur la sphère de Bloch, voir Fig.

Décohérence ou la perte de "quantumness" :

Le temps de cohérence d'un qubit peut être divisé en deux échelles de temps différentes, selon l'impact du bruit sur son état. Le temps de relaxation énergétique, T1, indique le temps après lequel l'état du qubit se détend jusqu'à son état de base |0, voir la figure 3. Le temps de déphasage, T2, fait référence à l'échelle de temps après laquelle l'état perd ses informations de phase autour de l'équateur de la sphère de Bloch, voir Fig.

Enchevêtrement et interférence quantique :

De la même manière, pour représenter les états de deux qubits enchevêtrés, nous avons besoin de quatre coefficients complexes, c'est-à-dire c00, c01, c10, c11, etc. En fait, le nombre de coefficients s'échelonne comme 2N, où N est le nombre de qubits. Par exemple, si le registre de qubits contient 300 qubits, le nombre de coefficients est plus grand que le nombre d'atomes dans l'univers connu. Dans un algorithme quantique, exécuté sur un registre de qubits contenant de nombreux qubits, le résultat attendu contient une distribution statistique entre les probabilités de trouver les qubits dans certains états. Par conséquent, étant donné que les qubits sont enchevêtrés les uns avec les autres, la réponse à la tâche de calcul en question peut alors être obtenue en analysant le modèle d'interférence quantique de ses états de résultat.

Ceci est illustré pour deux qubits dans la figure 4.