L’informatique quantique traitera des quantités massives d’informations. Les charges de travail pourraient inclure des simulations de diagnostic et des analyses à des vitesses bien supérieures à l’informatique existante. Mais, pour être pleinement efficace, l’informatique quantique devra accéder, analyser et stocker d’énormes quantités de données.
On s’attend à ce que l’informatique quantique soit la prochaine étape de l’évolution des systèmes informatiques. Tout comme le processeur multicœur permettait aux ordinateurs d’effectuer plusieurs tâches en parallèle, les processeurs quantiques constitueront un bond en avant dans la puissance de calcul et permettront d’exécuter des tâches complexes en une fraction du temps requis actuellement.
Les ordinateurs quantiques, comme leur nom l’indique, utilisent la mécanique quantique, la branche de la physique concernée par les particules atomiques et subatomiques, pour surmonter les limites des systèmes informatiques existants.
Qu’est-ce que l’informatique quantique ?
Les principes de superposition d’états et d’intrication quantique permettent une méthode de calcul différente de celle utilisée actuellement. Un ordinateur quantique peut potentiellement stocker plus d’états par unité d’information appelés bits quantiques ou qubits et fonctionner avec des algorithmes beaucoup plus efficaces au niveau numérique.
Les qubits sont un système de mécanique quantique à deux états. Cependant, en raison de la superposition, ils peuvent également être les deux états 1 et 0 en même temps. Dans un système informatique classique, un bit devrait être dans un état ou dans l’autre 1 ou 0. La mécanique quantique permet à un qubit d’être dans une superposition cohérente des deux états simultanément, propriété fondamentale de la mécanique quantique et donc de la mécanique quantique. l’informatique.
Au cœur du potentiel des ordinateurs quantiques pour atteindre une puissance de calcul exponentiellement plus grande se trouve la capacité des qubits à exister dans un état de superposition
Martin Weides, Université de Glasgow
En fin de compte, cela permettra aux ordinateurs quantiques de traiter des tâches complexes en utilisant de grands ensembles de données beaucoup plus rapidement qu’un ordinateur classique, en particulier dans les domaines du big data et de la reconnaissance de formes. Par exemple, les ordinateurs quantiques ont des applications potentielles dans l’industrie pharmaceutique, pour cribler des molécules plus grandes et plus complexes qu’auparavant, et pour cartographier les interactions complexes entre un produit pharmaceutique et sa cible.
Au cœur du potentiel des ordinateurs quantiques pour atteindre une puissance de calcul exponentiellement plus grande se trouve la capacité des qubits à exister dans un état de superposition, explique Martin Weides, professeur de technologies quantiques à l’Université de Glasgow. Il vous donne une réponse statistique des probabilités, puis vous répétez le calcul un certain nombre de fois et amplifiez ce résultat. À la fin, vous obtenez un résultat, mais ce n’est pas avec une certitude à 100%.
Stockage quantique vs stockage classique
L’un des principaux défis des ordinateurs quantiques est que leurs systèmes de stockage ne conviennent pas au stockage à long terme en raison de la décohérence quantique, dont l’effet peut s’accumuler avec le temps. La décohérence se produit lorsque des données informatiques quantiques sont introduites dans des cadres de stockage de données existants et font perdre aux qubits leur statut quantique, ce qui entraîne des données corrompues et des pertes de données.
Les bits mécaniques quantiques ne peuvent pas être stockés pendant de longues périodes car ils ont tendance à se décomposer et à s’effondrer après un certain temps, explique Weides. Selon la technologie utilisée, ils peuvent s’effondrer en quelques secondes, mais les meilleurs le sont en une minute. Vous n’atteignez pas vraiment 10 ans de stockage. Peut-être que dans deux décennies, nous y arriverons, mais ce n’est pas obligatoire non plus.
Les ordinateurs quantiques auront besoin de stockage de données pendant le calcul, mais cela doit être une mémoire quantique pour stocker des états superposés ou intriqués, et les durées de stockage vont présenter un défi.
Ainsi, son stockage de données probable pour l’informatique quantique devra s’appuyer sur le stockage conventionnel, comme dans le calcul haute performance (HPC).
Compte tenu de l’investissement financier massif requis pour l’informatique quantique, introduire une limitation des éléments de stockage de données bon marché comme un exercice de réduction des coûts serait contre-productif.
Compte tenu des défis liés au stockage des données et de la nécessité de traiter de grands ensembles de données, l’informatique quantique sera probablement mieux accessible via le cloud. Les systèmes quantiques actuels d’IBM sont connectés au cloud, par exemple. Naturellement, l’efficacité du stockage en nuage dépend de la connectivité du réseau au nuage.
Bien que l’informatique quantique soit confrontée à des défis d’évolutivité et de décohérence, sa capacité à effectuer plusieurs opérations simultanées en une fraction du temps qu’il faudrait aux processeurs conventionnels signifie qu’elle est susceptible de devenir un outil puissant pour les charges de travail d’analyse.
Ordinateurs quantiques avec stockage traditionnel
Il est peu probable que l’informatique quantique et le stockage quantique remplacent les systèmes de calcul et de stockage existants.
L’utilisation d’une infrastructure de calcul et de stockage classique restera la solution la plus simple et la plus économique pour résoudre les problèmes quotidiens, en particulier ceux qui impliquent de petites tâches simples et répétables.
Cela dit, l’informatique quantique promet de réaliser des progrès incroyables dans des domaines tels que la science des matériaux, la recherche sur le climat et le développement pharmaceutique. Les organisations expérimentent déjà l’informatique quantique pour développer des batteries plus légères et plus puissantes pour les voitures électriques et pour aider à créer de nouveaux médicaments.
Les capacités de stockage limitées associées aux ordinateurs quantiques signifient qu’ils continueront à dépendre des systèmes de stockage classiques pour l’extraction de données et la sortie d’informations. Cependant, ceux-ci devraient être capables de gérer de grands ensembles de données. Certains des systèmes de stockage haut de gamme d’aujourd’hui, en particulier ceux qui sont basés sur le cloud, devraient être plus que suffisants pour la tâche.
Un ordinateur quantique aussi cher serait presque certainement exploité dans une installation dédiée avec beaucoup de nouveau matériel, y compris le stockage, conclut Weides.
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