En 2012, assis dans une piscine chaude, le physicien Seth Lloyd a proposé une application Internet quantique aux créateurs de Google, Sergey Brin et Larry Page. Il l'a appelé Quoogle: un moteur de recherche qui utilise des mathématiques basées sur la physique des particules subatomiques et affiche des résultats sans connaître les requêtes elles-mêmes. Un tel saut nécessiterait un tout nouveau type de mémoire - la soi-disant QAMM, ou mémoire à accès aléatoire quantique.
Bien que l'idée ait intrigué Brin et Page, ils l'ont abandonnée, a déclaré Lloyd à "Gizmodo". Selon lui, ils lui ont rappelé que leur modèle économique repose sur le fait de tout savoir sur tout le monde.
Mais KOSU, en tant qu'idée, n'est pas mort. Les ordinateurs modernes se souviennent bien des informations en milliards de bits, des chiffres binaires égaux à zéro ou à un. La RAM, ou mémoire à accès aléatoire, stocke des informations pendant une courte période sur des puces de silicium, attribuant à chaque information une adresse spécifique, accessible de manière aléatoire et dans n'importe quel ordre pour se référer à ces informations plus tard. Cela rend l'ordinateur beaucoup plus rapide, permettant à votre ordinateur portable ou à votre téléphone portable d'accéder immédiatement aux données stockées dans la RAM, souvent utilisées par les applications, au lieu de les rechercher dans le stockage, qui est beaucoup plus lent. Mais dans le futur, les processeurs informatiques pourront être supplantés ou augmentés par des processeurs informatiques quantiques, des machines capables d'intégrer des bases de données géantes.apprentissage automatique et intelligence artificielle. Les ordinateurs quantiques sont encore une technologie naissante, mais s'ils sont jamais capables d'exécuter ces algorithmes potentiellement lucratifs, ils auront besoin d'une toute nouvelle façon d'accéder à la RAM. Ils auront besoin d'un CORPS.
«KRAM peut être une application formidable qui rend les appareils quantiques de Google et IBM immédiatement utiles», a déclaré Lloyd à Gizmodo.
Les ordinateurs classiques tels que le ThinkPad, l'Iphone et les supercalculateurs les plus puissants exécutent toutes leurs opérations en traduisant les données en une ou plusieurs combinaisons de bits, de zéros et de uns. Les bits interagissent les uns avec les autres, produisant finalement une autre combinaison de zéros et de uns. Les ordinateurs quantiques produisent également le résultat final sous la forme de uns et de zéros. Mais au fur et à mesure du comptage, leurs bits quantiques, ou qubits, communiquent entre eux d'une manière nouvelle, à travers les mêmes lois de la physique qui régissent les électrons. Plutôt que d'être simplement zéro ou un, chaque qubit peut être les deux lors du comptage, en utilisant une équation mathématique qui crypte la probabilité d'obtenir zéro ou un uniquement lorsque vous testez sa valeur. Plusieurs qubits utilisent des équations plus complexes,qui font référence aux valeurs de qubit en tant qu'objets mathématiques uniques. Le résultat est une ou plusieurs chaînes binaires possibles, dont la valeur finale est déterminée par les probabilités dans les équations.
Cette approche mathématique étrange - les qubits restent des équations jusqu'à ce que vous les calculiez, puis ils ressemblent à nouveau à des bits, mais leurs valeurs peuvent également inclure un élément de hasard - vous permet de résoudre des problèmes traditionnellement difficiles pour les ordinateurs. L'un de ces défis est la décomposition de grands nombres en nombres premiers, qui rompt les algorithmes utilisés pour stocker de grandes quantités de données cryptées - un développement qui peut être «catastrophique» pour la cybersécurité. Il peut également servir de nouveau moyen de traiter de grands ensembles de données, tels que ceux utilisés dans l'apprentissage automatique (tels que les systèmes avancés de reconnaissance faciale).
Les ordinateurs quantiques ne sont toujours pas meilleurs que les ordinateurs conventionnels. IBM donne aux scientifiques et aux entrepreneurs l'accès à un processeur fonctionnel de 20 qubits et Rigetti à un processeur de 19 qubits, tandis que les supercalculateurs traditionnels peuvent simuler des puissances quantiques allant jusqu'à 50 qubits. Malgré cela, le physicien John Preskil a récemment annoncé que la technologie entre dans une nouvelle ère dans laquelle les ordinateurs quantiques seront bientôt utiles pour plus que des expériences de physique divertissantes. Le gouvernement américain prend les technologies quantiques au sérieux en raison de leur importance pour la cybersécurité, et de nombreux physiciens et programmeurs recherchent de nouvelles niches pour elles.
De nombreux chercheurs espèrent également trouver des applications pour les ordinateurs quantiques dans le développement de l'intelligence artificielle et de l'apprentissage automatique à l'aide d'algorithmes quantiques. De tels algorithmes sont complexes et impliquent une quantité importante d'informations, nécessitant ainsi une alternative quantique à la RAM: la qRAM.
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La RAM quantique ne représente pas des milliards de bits stockés dans plusieurs qubits. Au lieu de cela, c'est un moyen pour les ordinateurs quantiques d'appliquer leurs opérations quantiques à de grandes listes de données trouvées dans des problèmes d'apprentissage automatique. En fin de compte, la RAM ordinaire est composée de données dont les programmes ont besoin pour s'exécuter, et les programmes peuvent y accéder en spécifiant l'adresse des bits - de la même manière, vous pouvez obtenir la somme des cellules en tapant (A2 + B2) au lieu de taper des nombres à chaque fois. manuellement. Les algorithmes quantiques devront accéder à la mémoire vive ordinaire au niveau quantique - dans le sens le plus primitif, ils créent une superposition dans laquelle la cellule est à la fois A2 et B2 en même temps, et alors seulement, une fois le calcul terminé, montre la valeur de A2 ou B2. Il n'y a rien de quantique dans la mémoire en tant que telle - le quantum est la façon dont vous y accédez et l'utilisez.
Fondamentalement, si vous avez beaucoup de données stockées - comme, par exemple, dans des bases de données pour entraîner des chatbots - alors il peut y avoir un algorithme quantique qui peut faire plus qu'un ordinateur ordinaire lorsqu'il s'agit de rechercher des données ou un message sur quelque chose d'important. … Cela peut être très lucratif pour le secteur financier et des entreprises comme Google, et bien sûr, cela nécessitera une RAM quantique.
Un article sur QRAM, écrit par Lloyd et son équipe il y a dix ans, décrivait une façon d'accéder uniquement aux adresses en mémoire nécessaires à la superposition, en utilisant ce qu'ils appelaient une «chaîne de feu quantique». Fondamentalement, étant donné que chaque adresse dans la RAM n'est qu'une séquence de bits, elle peut être considérée comme un arbre de ramification, dans lequel chaque qubit est un pointeur indiquant à l'ordinateur de tourner à gauche ou à droite. Cela fonctionne également dans les ordinateurs conventionnels, mais un ordinateur quantique avec seulement deux choix enchevêtrera inévitablement des chemins supplémentaires à chaque tour, conduisant finalement à un état quantique incroyablement grand et fragile qui peut facilement s'effondrer dans un environnement non quantique. Lloyd et ses collègues ont proposé une arborescence,dans lequel chaque branche est automatiquement maintenue en mode veille, permettant à l'ordinateur de se déplacer uniquement sur la branche droite ou gauche (côté) pour accéder à la mémoire souhaitée sans emmêler des informations inutiles. La différence est de nature assez technique, mais elle est conçue pour réduire considérablement la puissance requise pour résoudre ce type de problème en apprentissage automatique.
«La plupart des algorithmes utilisés dans la recherche nécessitent une sorte de mémoire quantique», a commenté Michelle Mosca, une scientifique à l'Université de Waterloo au Canada qui a également étudié la mémoire quantique, pour Gizmodo. «Tout ce qui réduit le coût de la RAM quantique appliquée peut également réduire considérablement le délai avant l'avènement des ordinateurs quantiques de tous les jours».
Mais nous sommes encore à un stade très, très précoce dans le développement de la programmation quantique. Aujourd'hui, la façon dont les vieux ordinateurs se souviennent des informations semble presque ridicule. La RAM se composait de boucles magnétiques reliées par des fils, où chaque boucle correspondait à un bit, et l'orientation du champ magnétique dans la bobine représentait sa signification. Le premier ordinateur américain disponible dans le commerce, UNIVAC-I, était connu pour stocker des données en convertissant des impulsions électriques en ondes sonores à l'aide de mercure liquide. Cette mémoire n'avait pas d'accès aléatoire - vous ne pouviez pas obtenir les données souhaitées à tout moment, mais uniquement dans l'ordre dans lequel elles étaient stockées. Et c'était considéré comme une technologie de pointe.
«C'était une œuvre d'art», a expliqué Chris Garcia, conservateur du Computer History Museum. «À ce moment-là, ils ont essayé tout ce qu'ils pouvaient et espéraient qu'une partie fonctionnerait. À cette époque, ces solutions étaient supérieures à toutes les précédentes. Aujourd'hui, les ordinateurs stockent la mémoire sur des micropuces fabriquées à partir d'un matériau spécial appelé semi-conducteur, ce qui est devenu possible non seulement grâce aux progrès de la science, mais aussi grâce aux processus qui ont rendu le stockage sur silicium beaucoup moins cher que le stockage constitué de minuscules bobines magnétiques.
À quoi ressemblera la mémoire quantique? Très probablement pas de la façon dont Lloyd et ses collègues l'ont imaginé. Lors de la conférence de l'année dernière, les physiciens ont plaisanté en disant que le domaine de l'informatique quantique pourrait bien se tourner vers un autre analogue des cuves de mercure liquide. Nous aurons certainement de nouvelles avancées technologiques et mathématiques qui optimiseront les ordinateurs et leurs méthodes de stockage de l'information.
Lloyd était d'accord avec cela. «J'adorerais voir quelqu'un répandre notre idée», dit-il. "Si nous pouvions traduire des informations ordinaires en un état quantique, ce serait une application étonnante des ordinateurs quantiques à court terme." Après tout, les ordinateurs ne se limitent pas à leur capacité à exécuter des algorithmes sophistiqués. Ils permettent à ces algorithmes d'être utilisés pour traiter et organiser les données afin de créer quelque chose d'utile.
Et peut-être qu'un jour nous utiliserons vraiment Google quantique.
Ryan F. Mandelbaum
