Qubit
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On nomme qubit (quantum + bit ; prononcé /kyoobit/), parfois écrit qbit, l'état quantique qui représente la plus petite unité de stockage d'information quantique. Il se compose d'une superposition de deux états de base, par convention nommés |0> et |1> (prononcés : ket 0 et ket 1). Un état qubit est constitué d'une superposition (En mécanique quantique, le principe de superposition stipule qu'un même état quantique peut possèder plusieurs valeurs pour une certaine quantité observable (spin, position, quantité de mouvement etc.)) quantique linéaire de ces deux états. Une mémoire (D'une manière générale, la mémoire est le stockage de l'information. C'est aussi le souvenir d'une information.) à qubits diffère significativement d'une mémoire classique :

Un bit classique se trouve toujours soit dans l'état 0, soit dans l'état 1. Un qubit peut quant à lui être soit dans l'état 0, soit dans l'état 1, soit dans une superposition de 0 et 1. Mais ce n'est pas un troisième état, c'est une infinité d'autres états. En général, le qubit est dans l'état \alpha \cdot \left| 0 \right\rangle + \beta \cdot \left| 1 \right\rangle, les coefficients étant des nombres complexes vérifiant | α | 2 + | β | 2 = 1. En fait, on peut postuler arbitrairement que α est un nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) réel positif, car multiplier un état par un nombre complexe de module 1 donne le même état.

Lors de la mesure de la valeur du qubit, les seuls réponses pouvant êtres obtenues sont 0 ou 1. La probabilité (La probabilité (du latin probabilitas) est une évaluation du caractère probable d'un évènement. En mathématiques, l'étude des probabilités est un sujet...) de mesurer l'état 0 vaut | α | 2, tandis que celle de mesurer l'état 1 vaut | β | 2. Après mesure, le qubit se trouve dans l'état mesuré.

Une autre particularité du qbit par rapport à un bit classique est qu'il ne peut être dupliqué. En effet, pour le dupliquer, il faudrait pouvoir mesurer α et β d'un qbit (tout en préservant l'état du qbit), de sorte à préparer un autre qbit dans le même état \alpha \cdot \left| 0 \right\rangle + \beta \cdot \left| 1 \right\rangle. Ceci est doublement impossible : 1) Il est impossible de lire un qbit sans détruire définitivement son état (puisque après mesure le qbit est dans l'état mesuré). 2) Une mesure d'un qbit ne donne (et ne peux donner) aucune information sur α et β puisque le résultat est soit \left| 0 \right\rangle soit \left| 1 \right\rangle ce qui équivaut à (α,β) = (1,0) ou (0,1), ce qui ne correspond pas aux valeurs initiales de α et β.

En revanche, il est possible de transporter l'état (la valeur) d'un qbit sur un autre qbit (le premier qbit est réinitialisé), par un processus de téléportation quantique (La téléportation quantique est un protocole de communications quantiques consistant à transférer l’état quantique d’un...). Mais ce processus ne donne aucune information sur α et β.

L'enjeu de l'informatique quantique (L'informatique quantique est le sous-domaine de l'informatique qui traite des ordinateurs quantiques utilisant des phénomènes de la mécanique quantique, par opposition...) est de concevoir des algorithmes, et les structures physiques pour les exécuter, tels que toutes les propriétés de la superposition soient utilisées pour le calcul, les qubits devant à la fin de l'exécution se trouver dans un état donnant le résultat de calcul sans risque d'obtenir un résultat aléatoire. On ne peut donc pas obtenir plus de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) en autant de cycles qu'avec un ordinateur (Un ordinateur est une machine dotée d'une unité de traitement lui permettant d'exécuter des programmes enregistrés. C'est un ensemble de circuits électroniques permettant de manipuler des...) classique, mais on peut obtenir des résultats qui nécessiteraient plus de cycles. Pour la Science a par exemple expliqué qu'un algorithme quantique pouvait répondre à la question, à propos de deux cartes à jouer, "les deux cartes sont-elles de la même couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).)", en autant de cycles qu'un algorithme classique en aurait besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois grandes...) pour donner la couleur d'une seule des cartes. L'algorithme classique ne pouvait en revanche pas déterminer si les deux cartes étaient de la même couleur sans connaître les couleurs des deux cartes (attention, à la fin de l'exécution de l'algorithme quantique, on ne connait pas les couleurs, on sait juste si elles sont identiques ou non).

L'intérêt principal de l'ordinateur quantique (Un ordinateur quantique (ou rarement calculateur quantique) repose sur des propriétés quantiques de la matière : superposition et intrication d'états quantiques. De petits ordinateurs quantiques ont déjà été construits...) serait que sa puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) est une fonction exponentielle (La fonction exponentielle est l'une des applications les plus importantes en analyse, ou plus généralement en mathématiques et dans ses domaines d'applications. Il existe...) au sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une...) propre du nombre de qubits. En effet, si un qubit est dans une quelconque superposition d'états \alpha \cdot \left| 0 \right\rangle + \beta \cdot \left| 1 \right\rangle, deux qubits réunis sont quand à eux dans une superposition d'états \alpha \cdot \left| 00 \right\rangle + \beta \cdot \left| 01 \right\rangle + \gamma \cdot \left| 10 \right\rangle + \delta \cdot \left| 11 \right\rangle, avec | α | 2 + | β | 2 + | γ | 2 + | δ | 2 = 1. Il s'agit cette fois d'employer la superposition des quatre états pour le calcul. Avec 10 qubits, on a 1024 états superposables, et avec n qubits, 2n. Donc, quand un opérateur (Le mot opérateur est employé dans les domaines :) est appliqué à l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout », comme l'énonçait...) des qubits, il est appliqué à 2n états en même temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.), ce qui équivaut à un calcul parallèle (En informatique, le calcul parallèle consiste en l'exécution simultanée d'une même tâche, partitionnée et adaptée afin de pouvoir être répartie entre...) sur 2n données en même temps. C'est pourquoi la puissance de calcul théorique d'un ordinateur quantique double à chaque fois qu'on lui adjoint un qubit.

Le Commissariat à l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) atomique a réalisé un élément de circuit quantique baptisé quantronium. (lien). Une vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) d'artiste (Est communément appelée artiste toute personne exerçant l'un des métiers ou activités suivantes :) symbolisant l'état de superposition a été réalisée pour illustrer l'annonce. (lien)

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