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Traçage de l’incertitude : Google exploite la mécanique quantique dans un laboratoire californien

Google présente des ordinateurs quantiques capables de faire des calculs « impossibles ».

Dehors, le doux soleil de septembre réchauffe une côte idyllique, alors que la Californie profite d’une autre journée parfaite. À l’intérieur, il fait moins 460 degrés Fahrenheit (-273 degrés Celsius) à certains endroits, des poches de froid hérissées de la physique impossible de la mécanique quantique – une science dans laquelle les choses peuvent simultanément exister, ne pas exister et aussi être quelque chose entre les deux.

Il s’agit du laboratoire Quantum AI de Google, où des dizaines de personnes super intelligentes travaillent dans un bureau équipé de murs d’escalade et de vélos électriques pour façonner la prochaine génération d’ordinateurs – une génération qui ne ressemblera à rien de ce que les utilisateurs ont actuellement dans leurs poches ou leurs bureaux .

« C’est un nouveau type d’ordinateur qui utilise la mécanique quantique pour faire des calculs et nous permet… de résoudre des problèmes qui seraient autrement impossibles », explique Erik Lucero, ingénieur en chef du campus près de Santa Barbara.

« Cela ne va pas remplacer votre téléphone portable, votre ordinateur de bureau ; cela va fonctionner en parallèle avec ces choses. »

La mécanique quantique est un domaine de recherche qui, selon les scientifiques, pourrait être utilisé un jour pour aider à limiter le réchauffement climatique, concevoir des systèmes de circulation urbaine ou développer de nouveaux médicaments puissants.

Les promesses sont si grandes que les gouvernements, les géants de la technologie et les start-ups du monde entier y investissent des milliards de dollars, employant certains des plus grands cerveaux du monde. de milliers de « bits » de données qui sont chacun définitivement « activés » ou « désactivés », représentés par un un ou un zéro.

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L’informatique quantique utilise l’incertitude : ses « qubits » peuvent exister à la fois dans un état d’unité et de zéro dans ce qu’on appelle une superposition.

L’illustration la plus célèbre d’une superposition quantique est le chat de Schrodinger – un animal hypothétique enfermé dans une boîte avec un flacon de poison qui peut ou non se briser.

Pendant que la boîte est fermée, le chat est à la fois vivant et mort. Mais une fois que vous interférez avec l’état quantique et ouvrez la boîte, la question de la vie ou de la mort du chat est résolue.

Les ordinateurs quantiques utilisent cette incertitude pour effectuer de nombreux calculs apparemment contradictoires en même temps – un peu comme être capable de parcourir tous les itinéraires possibles dans un labyrinthe en une seule fois, au lieu d’essayer chacun en série jusqu’à ce que vous trouviez le bon chemin.

La difficulté pour les concepteurs d’ordinateurs quantiques est de faire en sorte que ces qubits maintiennent leur superposition suffisamment longtemps pour effectuer un calcul.

Dès que quelque chose les interfère – bruit, boue, mauvaise température – la superposition s’effondre et vous vous retrouvez avec une réponse aléatoire et probablement absurde.

L’ordinateur quantique que Google a montré aux journalistes ressemble à un gâteau de mariage steampunk suspendu à l’envers à une structure de support.

Chaque couche de fils métalliques et incurvés se refroidit progressivement, jusqu’à l’étape finale, où le processeur de la taille d’une paume est refroidi à seulement 10 millikelvin, soit environ -460 degrés Fahrenheit (-273 degrés Celsius).

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Cette température – seulement une nuance au-dessus du zéro absolu, la température la plus basse possible dans l’univers – est vitale pour la supraconductivité sur laquelle repose la conception de Google.

Bien que l’ordinateur du gâteau en couches ne soit pas énorme – environ une demi-personne de haut – une quantité décente d’espace de laboratoire est occupée par l’équipement pour le refroidir – les tuyaux sifflent au-dessus de la tête avec des dilutions d’hélium se comprimant et se dilatant, en utilisant le même processus que garde votre réfrigérateur froid. – Futur – Mais… qu’est-ce que tout cela fait réellement ?

Eh bien, dit Daniel Lidar, expert en systèmes quantiques à l’Université de Californie du Sud, c’est un domaine qui promet beaucoup quand il arrivera à maturité, mais qui n’en est encore qu’à ses balbutiements.

« Nous avons appris à ramper mais nous n’avons certainement pas encore appris à marcher, à sauter ou à courir », a-t-il déclaré à l’AFP.

La clé de sa croissance sera de résoudre le problème des effondrements superpositionnels – l’ouverture de la boîte du chat – pour permettre des calculs significatifs.

Au fur et à mesure que ce processus de correction des erreurs s’améliore, des problèmes tels que l’optimisation du trafic urbain, qui est diaboliquement difficile sur un ordinateur classique en raison du nombre de variables indépendantes impliquées – les voitures elles-mêmes – pourraient être à portée de main, a déclaré Lidar.

« Sur un ordinateur quantique (avec correction d’erreurs), vous pourriez résoudre ce problème », a-t-il déclaré.

Pour Lucero et ses collègues, ces possibilités futures valent le casse-tête.

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« La mécanique quantique est l’une des meilleures théories que nous ayons aujourd’hui pour expérimenter la nature. C’est un ordinateur qui parle le langage de la nature.

« Et si nous voulons sortir et résoudre ces problèmes vraiment difficiles, pour aider à sauver notre planète, et des choses comme le changement climatique, plutôt que d’avoir un ordinateur capable de faire exactement cela, je le voudrais. »

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