Microprocesseur

Premièrement, pour connaître ce qu’est l’ordinateur quantique, on devra s’intéresser de plus près aux composants d’un ordinateur normal, c’est à dire à base de silicium. Ici, l’élément qui nous intéresse est le microprocesseur.

I. Qu’est-ce qu’un microprocesseur?

Un microprocesseur est, comme son nom l’indique, un processeur regroupant tout les composés, suffisamment miniaturisés pour rentrer dans un unique boîtier. Il exécute les instructions et traite les données des programmes.

Il se caractérise par plusieurs traits:

-La complexité de son architecture, déterminé par le nombre de transistors: C’est un composant essentiel servant de motif de base pour les circuits intégrés dans le µprocesseur. Plus un µprocesseur possède de transistor, plus il pourra réaliser des tâches complexes.

-Le nombre de bits (pour binary digit en anglais) qu’il peut traiter simultanément: Un bit correspond à une donnée manipulable par un entité numérique sous forme de 0,pour faux ou 1, pour vrai. Ainsi, avec un bit il est ainsi possible d'obtenir deux états : soit 1, soit 0. Grâce à 2 bits, il est possible d'obtenir quatre états différents (2*2) :

0 0

0 1

1 0

1 1

Et ainsi de suite.. Les µprocesseurs d’emploi de nos jours atteignent les 64bits, ce qui représente 2^64 valeurs, ou d’états.

-La fréquence d’horloge en Hertz (Hz) qui définit le rythme du travail du processeur). Plus la fréquence d’horloge augmente, plus il peut réaliser de tâches en 1 seconde.

Gordon Earle Moore a prédit dans sa fameuse conjecture de Moore, que le nombre de transistors sur un microprocesseur doublera tous les 18 mois. Sa conjecture s’est révélé exacte jusqu’à présent: Le µprocesseur ayant intégré le plus de transistors jusqu’à ce jour est le GK110 (Nvidia GeForce GTX Titan et 780 Ti) équipé de plus de 7,10 milliards de transistors.

D’après cette loi, les ordinateurs seront équipés d’ici 2020 de transistors approchant de la taille d’un atome: Alors commencera l’ère de l’ordinateur quantique.

II. L’ordinateur quantique.

Les transistors équipés sur un ordinateur quantique seront tellement petits qu’ils suivront non plus la physique relativiste mais bien la phyique quantique; en effet, on arrivera en 2014 à des finesses de gravure de l’ordre de 10 nm, ce diamètre passe en dessous des 100 atomes de silicium. En augmentant la finesse de gravure, on se rapproche des limites en deçà desquelles le comportement électrique des matériaux relève de moins en moins de la physique classique, mais de plus en plus de la mécanique quantique.

● Finesse de gravure (nm) : le diamètre (en nanomètres) du plus petit fil reliant deux composantes du microprocesseur. En comparaison, l'épaisseur d'un cheveu humain est de 100 microns = 100 000 nm. Le diamètre d’un atome de silicium est de l’ordre de 100 pm=0,1 nm.

A. Le qubit.

Le qubit est une version quantique du bit: au lieu d’avoir 2 états distinct (0 et 1), le qubit peut avoir simultanément plusieurs états à la fois en accordance avec les lois de la mécaniques quantique en particulier ceux de la superposition et de l’intrication (entanglement) quantique:

Superposition quantique: Ce principe consiste à dire qu’une particule peut être à plusieurs endroits en même temps, puisque sa position n’est calculée que grâce à des probabilités définies à un moment précis. Un qubit est donc mathématiquement dans les deux états à la fois, oscillant entre 0 et 1.

La sphère de Bloch, représentation graphique d’un qubit

B. La théorie de la décohérence quantique.

Le principal problème dans la construction d’un tel entité réside dans la propriété de la décohérence: en effet, le monde quantique ne suit pas la physique classique du monde macroscopique, comme le montre les nombreux paradoxes tel que celui du chat de Schrodinger, le monde quantique connaît des états inconnus à l’échelle macroscopique, tel que l’état superposé (chat à la fois vivant et mort) ou l’intrication quantique.

Or, le monde quantique est très facilement perturbable par l’environnement qui l’entoure. En effet, au cours de l'évolution, l'environnement acquiert de l'information sur le système, et réciproquement le système acquiert de l'information sur l'état de l'environnement. Ainsi une partie de l'information sur le système est-elle irrémédiablement perdue dans l'environnement. Elle est alors remplacée par de la perturbation en provenance de ce dernier. Autrement dit, après son interaction avec l'environnement, le système quantique est dans un état désordonné. Voilà un exemple montrant le principe de la décohérence: plus on acquiert des informations sur le système, moins il possède de propriétés quantiques et plus il révélera de la physique classique.

III. L’usage de l’ordinateur quantique dans l’intelligence artificielle.

L’ordinateur quantique est en cours de développement depuis les années 60 et les progrès sont solides. L’intelligence artificielle sera le premier domaine à en bénéficier si un tel ordinateur voit le jour; en effet nous pourrions imaginer qu’avec l’énorme puissance de calcul qu’offre le processeur quantique, les machines puissent accomplir des travaux lourds tel que le séquençage des gènes, la modélisation de lancement de satellites ou encore la cryptanalyse en un temps record. Selon David Deustch, si un calculateur d’environ 300 qubits voit le jour, il pourra même simuler le comportement de l’univers; à partir de là, tout devient possible, pourquoi ne pas imaginer une machine avec une puissance assez élevé pour développer une conscience?

L’informatique quantique est soutenu financièrement par de nombreuses organisations et entreprises du fait de l'importance de l'enjeu : révolutionner l'informatique avec une puissance et des opérations inimaginables à l'aide d'un ordinateur classique.

Il est important de préciser que, malgré les progrès

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