Auteur | China Software Network Zhao Manman
Relecture | Réseau de logiciels chinois Wang Jinbao
Quels pays du monde ont prouvé leur «supériorité quantique»?
Seuls les États-Unis et la Chine. Prouver la supériorité du quantum, c'est tester les ordinateurs quantiques avec des problèmes extrêmement complexes.
Récemment, l'Université des sciences et de la technologie de Chine a annoncé qu'elle avait réussi à construire les "neuf chapitres" du prototype de calcul quantique à 76 photons. Il ne faut que 200 secondes pour résoudre l'algorithme mathématique "Gaussian Bose Sampling", tout en résolvant le même problème avec le plus rapide du monde Le supercalculateur chinois prendra 600 millions d'années. Cette réalisation a fait de la Chine le deuxième pays au monde à atteindre la «supériorité quantique» après les États-Unis.
Aux yeux des experts, bien que la preuve de la «supériorité quantique» soit considérée comme un «tournant décisif» dans l'informatique quantique de la théorie à la pratique, à l'heure actuelle, les ordinateurs quantiques sont encore au stade de prototype et ils vont encore être appliqués. "Le voyage de Wanli n'est qu'une étape."
En revanche, des fournisseurs de services cloud tels qu'Amazon Cloud Services et Microsoft ont lancé des services cloud pour l'informatique quantique, ce qui signifie que l'informatique quantique a une signification forte. Après tout, tout informatique est le contenu de service du cloud computing.
Chinasoft.com estime que les ordinateurs quantiques et les services cloud d'informatique quantique sont les «deux points d'appui» du développement de l'informatique quantique. L'un est le développement de la technologie et l'autre est la promotion d'applications commerciales, qui favoriseront les progrès de l'informatique quantique.
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Chaque percée apporte des surprises à l'humanité
En tant que domaine frontalier de la science et de la technologie dans le monde, le développement des ordinateurs quantiques est au centre de la concurrence entre les pays du monde.
Le premier objectif est de prouver la "supériorité quantique". Certains scientifiques et politiciens américains l'appellent "hégémonie quantique" ou "priorité quantique".
Prouver la «supériorité quantique», c'est montrer en fait que les ordinateurs quantiques sont plus supérieurs que les supercalculateurs traditionnels.
谷 歌 Sycomore
En octobre 2019, Google a annoncé que sa puce appelée Sycamore avait atteint pour la première fois «l'hégémonie quantique» en effectuant des tâches que les ordinateurs traditionnels ne pouvaient pas accomplir.
Selon Google, Sycamore n'a utilisé que 53 qubits pour effectuer une tâche informatique difficile en quelques minutes , tandis que le supercalculateur le plus avancé à l'heure actuelle, l'IBM Summit, a pris 10000 ans et qu'il était impossible de le terminer.
Google estime qu’il s’agit d’une avancée technologique majeure et la compare même au premier vol des frères Wright et au lancement soviétique du premier satellite artificiel. Cette percée a ouvert une nouvelle ère de développement informatique.
À cet égard, les chercheurs d'IBM ont immédiatement remis cela en question, estimant que sur un ordinateur traditionnel doté de suffisamment de disques durs, l'IBM Summit peut terminer la simulation de la tâche Google en 2,5 jours.
Contrairement à l'utilisation de qubits supraconducteurs par Google, les «neuf chapitres» chinois utilisent des qubits optiques . Les experts concernés ont déclaré que les deux utilisent l'optique et la supraconductivité comme système physique de construction d'ordinateurs quantiques, mais qu'ils ont des voies techniques différentes. Il est actuellement impossible de juger ce qui est meilleur.
Mais quelle que soit la voie technologique, les experts estiment que la fabrication par la Chine d'un ordinateur quantique de 76 qubits est une réalisation scientifique majeure, ce qui montre également que la Chine est au «premier échelon» du monde dans le domaine de l'informatique quantique.
IBM Q System One
En janvier 2019, au salon international de l'électronique grand public (CES) 2019, IBM a présenté son dernier modèle d'ordinateur quantique IBM Q System One. L'IBM Q System One est une machine 20 qubits de quatrième génération, qui est encore un système matériel expérimental.
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Pourquoi les ordinateurs quantiques sont-ils si puissants?
Au cours des 50 dernières années, la miniaturisation des circuits intégrés a confirmé la prédiction du co-fondateur d'Intel, Gordon Moore, selon laquelle le nombre de transistors sur une puce doublera tous les 24 mois.
Cependant, ces dernières années, les experts se sont inquiétés du fait que si les transistors s'approchent du niveau atomique, atteindrons-nous certaines limites de développement? À cette fin, les entreprises de semi-conducteurs utilisent diverses technologies pour maintenir la loi de Moore vivante, dont l'une est le développement de l'informatique quantique.
Alors, qu'est-ce que l'informatique quantique exactement? Beaucoup de gens répondront, ne sachant pas ce qu'est l'informatique quantique. Ne vous inquiétez pas, vous n'êtes pas seul et les experts n'ont pas fait de déclaration complète et faisant autorité.
En termes simples, un ordinateur quantique est un ordinateur rapide au-delà de l'imagination, capable de résoudre des problèmes apparemment insolubles. Par exemple, si vous pensez qu'un téléphone intelligent est aujourd'hui plus puissant qu'un ordinateur de la taille d'une pièce dans les années 1980, alors les ordinateurs quantiques donneront à nos ordinateurs de pointe actuels l'apparence de l'âge de pierre. C'est le saut que représente l'informatique quantique.
Selon les informations pertinentes, les ordinateurs traditionnels sont essentiellement des versions très rapides des calculatrices électroniques les plus simples. Ils ne peuvent traiter qu'un "bit" d'information à la fois, sous forme de binaire 1 ou 0. Chaque bit est comme un on / off, 0 signifie "off" et 1 signifie "on". Chaque tâche que vous effectuez sur un ordinateur traditionnel, aussi compliquée soit-elle, finira par utiliser des millions de bits, chacun représentant 0 ou 1.
Premièrement, les ordinateurs quantiques ne reposent pas sur des bits, mais utilisent des «qubits». Actuellement, les ordinateurs quantiques utilisent des systèmes physiques tels que les atomes, les ions et les photons. Différents types d'ordinateurs quantiques utilisent des particules différentes. En raison du miracle de la mécanique quantique, les qubits ne se limitent pas à être activés ou désactivés, ils peuvent exister en même temps ou entre les deux. C'est parce que l'informatique quantique utilise des phénomènes spéciaux qui se produisent au niveau subatomique, en particulier la capacité des particules quantiques à exister dans plusieurs états en même temps, également connu sous le nom de «superposition».
Cela signifie que même avec les ordinateurs les plus rapides d'aujourd'hui, les ordinateurs quantiques peuvent traiter plus de scénarios en moins de temps.
Deuxièmement, la méthode actuelle de traitement des données par des ordinateurs électroniques est une opération en série, c'est-à-dire que la mémoire ne peut stocker qu'un seul numéro et que l'opération devient un autre numéro à la fois, de sorte que l'opération se déroule étape par étape.
L' ordinateur quantique est en principe un traitement parallèle . Une opération peut transformer la Nème puissance de 2 données en une autre Nème puissance de 2. Par conséquent, faire fonctionner un ordinateur quantique équivaut à faire fonctionner la Nème puissance de l'ordinateur électronique 2 en série. .
Dans une interview avec CCTV, l'académicien Pan Jianwei a déclaré que le but de la première étape dans le domaine de l'informatique quantique est de démontrer la supériorité des ordinateurs quantiques. J'espère qu'un ordinateur quantique universel pourra être développé après 15 à 20 ans de travail acharné, de sorte qu'il puisse être utilisé pour résoudre de nombreux problèmes très vastes, tels que la cryptanalyse, les prévisions météorologiques et la conception de médicaments.
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Les avantages et les risques de l'informatique quantique
Atteindre la supériorité quantique est évidemment une étape importante, mais il reste encore un long chemin à parcourir avant que les ordinateurs quantiques commerciaux ne soient mis sur le marché. Actuellement, le travail d'informatique quantique est limité aux laboratoires et aux grandes entreprises technologiques telles que Google, IBM et Microsoft.
La plupart des experts admettront que les humains n'ont pas encore pleinement compris comment l'informatique quantique va changer notre monde, nous savons juste qu'elle changera le monde. On peut dire qu'au cours des dernières années, bien que l'informatique quantique soit devenue un sujet brûlant, il n'y a aucune raison de croire que les ordinateurs quantiques seront bientôt utilisés dans la vie quotidienne.
Si des ordinateurs quantiques sont mis en application, ils peuvent être pleinement utilisés dans les domaines d'application suivants, tels que:
Renforcez la sécurité du réseau. Les ordinateurs quantiques peuvent changer le paysage de la sécurité des données en créant un cryptage presque indestructible.
Accélérez l'intelligence artificielle. L'informatique quantique peut grandement favoriser le développement de l'intelligence artificielle, car ces ordinateurs ultra-rapides seront plus efficaces pour identifier les modèles de données.
Modéliser la circulation pour améliorer la congestion urbaine. La modélisation du trafic est un processus très complexe, qui implique un grand nombre de variables, mais les chercheurs de Volkswagen ont lancé un programme pilote quantique pour modéliser et optimiser les flux de trafic à Pékin, Barcelone et Lisbonne.
Rendre les prévisions météorologiques plus précises. Presque tout ce qui implique une modélisation complexe peut être amélioré grâce à l'informatique quantique. Le Met Office a déclaré que les ordinateurs quantiques offrent le potentiel d'une modélisation plus avancée, qui est l'un des moyens d'explorer la prochaine génération de systèmes de prédiction.
Développer de nouveaux médicaments. La startup de biotechnologie ProteinQure explore le potentiel de l'informatique quantique dans la modélisation des protéines, une voie clé pour le développement de médicaments. L'informatique quantique pourrait conduire à la découverte de nouveaux médicaments efficaces qui peuvent être utilisés pour résoudre des maladies insolubles auxquelles les humains sont confrontés, notamment le cancer et les maladies cardiaques.
L'informatique quantique peut offrir de nombreuses opportunités intéressantes à l'avenir. Alors, sommes-nous prêts?
En termes simples, les ordinateurs quantiques utilisent la manière unique dont la matière présente au niveau subatomique pour effectuer des calculs à des vitesses extraordinaires. En théorie, ils peuvent un jour faire des progrès substantiels en science des matériaux, en intelligence artificielle, en médecine, en finance, en communication, en logistique et dans d'autres domaines.
Les ordinateurs quantiques présentent également des risques dignes d'attention. Premièrement, la course mondiale à l'informatique quantique se réchauffe, entraînant des conséquences imprévues.
Une préoccupation plus lointaine est que les ordinateurs quantiques avancés pourraient un jour menacer la cryptographie à clé publique qui protège les informations dans tout le monde numérique. Ces systèmes sont basés sur des problèmes mathématiques et les ordinateurs quantiques peuvent théoriquement être capables de les résoudre facilement. Les chercheurs en sécurité sont très conscients de ce problème et travaillent dur pour créer des systèmes et des normes «post-quantiques».
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Les services de cloud computing quantique arrivent
Simultanément au développement des ordinateurs quantiques, les services cloud d'informatique quantique progressent sans heurts.
Le service cloud Amazon AWS a annoncé son entrée dans ce domaine en 2019 et a lancé son premier service d'informatique quantique Braket en août 2020. Le célèbre physicien théoricien Paul Dirac a fondé le symbole quantique standard de Braket à la fin des années 1930, et AWS a donné son nom au service.
Depuis le second semestre de 2019, Amazon Braket est dans un état d'aperçu privé. Cependant, Amazon AWS a récemment annoncé sa disponibilité générale. Les clients peuvent acheter des services d'informatique quantique directement à partir de la plateforme Amazon Braket.
Braket est un service AWS entièrement géré qui fournit un environnement indépendant de la technologie. Il offre aux clients la possibilité de concevoir, développer, tester et exécuter leurs algorithmes quantiques. Braket fournit également un ordinateur quantique simulé utilisant les ressources de calcul Amazon EC2 et peut simuler jusqu'à 34 qubits pour tester et dépanner des algorithmes.
Ce service peut aider les clients du cloud à essayer d'exécuter des algorithmes quantiques sur AWS. Après avoir conçu l'algorithme, les clients peuvent choisir de fonctionner sur des systèmes de traitement quantique construits par d'autres sociétés (notamment D-Wave Systems Inc., IonQ Inc. et Rigetti Computing). À l'époque, Amazon n'avait pas annoncé son intention de construire son propre ordinateur.
Parmi les fournisseurs de matériel quantique d'Amazon Braket, D-Wave exécute un processeur de recuit quantique avec 2048 qubits, IonQ fournit un ordinateur quantique à piège ionique basé sur une porte avec 11 qubits et Rigetti Computing fournit un quantum supraconducteur basé sur une porte. processeur.
Amazon Braket n'est pas le seul service cloud quantique.
IBM a un énorme 22 ordinateurs quantiques supraconducteurs. En 2016, IBM a été la première entreprise à mettre en ligne des ordinateurs quantiques. En plus de fournir des services de qualité, la plupart des systèmes quantiques d'IBM ainsi que des didacticiels complets et un grand nombre de bibliothèques d'algorithmes utiles sont accessibles au public. Selon IBM, des milliards de circuits quantiques fonctionnent sur son réseau chaque mois.
Microsoft Azure Quantum fournit des services cloud similaires à Braket. Cependant, sa plate-forme est toujours en cours de prévisualisation par certains clients. La plate-forme Azure fournit une variété de technologies de piégeage d'ions de Honeywell Quantum Solutions et IonQ, ainsi que du matériel supraconducteur de Quantum Circuits, Inc. (QCI). Honeywell Quantum Solutions a récemment annoncé qu'il possède l'ordinateur quantique le plus puissant au monde avec un volume quantique de 64.
Depuis mars 2020, bien que Google Cloud Platform fournisse TensorFlow Quantum (une bibliothèque pour créer des modèles d'apprentissage machine quantique), Google Cloud n'a pas encore inclus de services d'informatique quantique à usage général.
Quand les fournisseurs de services cloud chinois lanceront-ils ces services?
Il ne fait aucun doute que l'entrée dans l'ère de l'informatique quantique sera confrontée à de nombreux problèmes insurmontables. Cependant, comme de nombreuses entreprises l'ont montré, la technologie évolue petit à petit et nous entraîne dans un monde mystérieux.