La physique Quantique ! 

Crée par :
Mehdi Aarab


Plan :

  1. Définition de la physique (mécanique) quantique
  2. Théorie des quanta
  3. Introduction a l'informatique quantique
  4. Calculateurs ou ordinateurs quantiques 
    exemple : D-wave2
  5. A quoi peut bien servir une telle vitesse de calcul ?
  6. Conclusion

Définition :

La physique quantique est l'appellation générale d'un ensemble de théories physiques nées au xxe siècle qui, comme la théorie de la relativité, 


marquent une rupture avec ce que l'on appelle maintenant la physique classique, l'ensemble des théories et principes physiques admis au xixe siècle. Les théories dites « quantiques » 


décrivent le comportement des atomes et des particules — ce que la physique classique, notamment la mécanique newtonienne et la


 théorie électromagnétique de Maxwell, n'avaient pu faire — et permettent d'élucider certaines propriétés du rayonnement électromagnétique.

Théorie des quanta :

  • La théorie des quanta est le nom donné à une théorie physique qui tente de modéliser le comportement de l'énergie à très petite échelle à l'aide des quanta (pluriel du terme latin quantum), quantités discontinues. Son introduction a bousculé plusieurs idées reçues en physique de l'époque, au début du xxe siècle. Elle a servi de pont entre la physique classique et la physique quantique, dont la pierre angulaire, la mécanique quantique, est née en 1925.
              • Elle a été initiée par Max Planck en 1900, puis développée essentiellement par Albert Einstein, Niels Bohr, Arnold Sommerfeld, Hendrik Anthony Kramers, Werner Heisenberg, Wolfgang Pauli et Louis de Broglie entre 1905 et 1924.

Malgré la puissance de la théorie des quanta, peu de physiciens étaient enclins à imaginer que la théorie électromagnétique classique puisse être invalidée. 


Einstein s’efforça alors de mettre en évidence d’autres aspects des phénomènes atomiques et du rayonnement qui rompaient avec la description classique. Il étendit ainsi l’hypothèse quantique, par-delà les propriétés du 

rayonnement, à l’énergie des atomes, par ses travaux sur les chaleurs spécifiques aux basses températures. 


Il retrouvait l’annulation des chaleurs spécifiques des corps au zéro absolu, phénomène observé mais inexplicable par la théorie classique. D’autres physiciens (P. Ehrenfest, W. Nernst, H.-A. Lorentz, H. Poincaré) le rejoignirent peu à peu pour conclure au caractère inéluctable de l’hypothèse quantique que Planck lui-même hésitait à admettre. Elle n’était cependant encore acceptée généralement que pour les échanges d’énergie

Informatique quantique

Définition :



L'informatique quantique est le sous-domaine de l'informatique qui traite des calculateurs quantiques utilisant des phénomènes de la mécanique quantique, par opposition à ceux de l'électricité exclusivement, pour l'informatique dite « classique ».


Les phénomènes quantiques utilisés sont l'intrication quantique et la superposition. Les opérations ne sont plus basées sur la manipulation de bits dans un état 1 ou 0, mais de qubits en même temps dans un état 1 et 0

Bits vs qubits :



Les opérations ne sont plus appliquées à des bits, mais à des qubits. L'espace des états possibles n'est pas le même que dans le monde classique. Les deux qubits possibles sont |0 \rangle et |1 \rangle. Une différence majeure d'avec les bits, c'est qu'un qubit peut être dans les deux états en même temps : c'est le phénomène de superposition. 

Calculateur quantique

Définition :


Un calculateur quantique ou ordinateur 

quantique utilise les propriétés quantiques de la matière, telle la superposition et l'intrication afin d'effectuer des opérations sur des données. À la différence d'un ordinateur classique basé sur des transistors qui travaille sur des données binaires (codées sur des bits, valant 0 ou 1), le calculateur quantique travaille sur des qubits dont l'état quantique peut posséder plusieurs valeurs.

De petits calculateurs quantiques ont été construits à partir des années 1990. Jusqu'en 2008, 






la difficulté majeure concerne la réalisation physique de l'élément de base : le qubit. Le phénomène de décohérence (perte des effets quantiques en passant à l'échelle  

( macroscopique) freine le développement des calculateurs quantiques. Le premier processeur quantique est créé en 2009 à l'université Yale : il comporte deux qubits composés chacun d'un milliard d'atomes d'aluminium posés sur un support supraconducteur.

 domaine est soutenu financièrement par plusieurs organisations, entreprises ou gouvernements en raison de l'importance de l'enjeu 

Exemple d'un ordinateur quantique : le D-Wave 

La boîte noire, installée dans le centre de recherche Ames de la Nasa dans la Silicon Valley, non loin du siège de Google, a la taille d'un abri de jardin. Mais elle est dotée d'une puissance de calcul phénoménale.


Cette boîte est le D-Wave 2X, le tout nouvel ordinateur quantique mis au point par le fabricant D-Wave et acquis par Google et la Nasa. la phase de test.


Lors d'un calcul impliquant plus de 1000

variables binaires, le supercalculateur a été plus de 10 puissance 8 fois plus rapide que son homologue traditionnel, mais aussi que le Quantum Monte Carlo,

un algorithme fonctionnant avec des processeurs classiques. 


 « Ce qu'une machine D-Wave fait en une seconde prendrait 10.000 ans à un ordinateur fonctionnant avec des processeurs conventionnel », se réjouit Hartmut Neven, directeur de l'ingénierie chez Google.


A quoi peut bien servir une telle vitesse de calcul ?


Le D-Wave 2 a résolu des problèmes d'optimisation. 


Pour illustrer ce genre de problème, on peut imaginer qu'un vendeur doit trouver le chemin le plus efficace pour passer par un certain nombre de villes. 


Plus il y a de villes ajoutées sur son trajet, plus le nombre d'itinéraires possibles augmente. 


Résoudre ce calcul prend alors trop de temps pour un ordinateur classique.



La Nasa est confrontée à des problèmes similaires lors de ses missions spatiales, par exemple lorsqu'elle veut modéliser le voyage d'une sonde. 


Ce n'est pas le seul domaine où les ordinateurs quantiques pourraient trouver leur utilité.

Google, qui traite énormément de données, pourrait par exemple l'utiliser pour améliorer ses Intelligences artificielles.


Une entreprise de défense pourrait également s'en servir pour créer de nouveaux systèmes de contrôle des radars, et gérer des problèmes liés à l'aéronautique et à l'espace.

Le D-Wave 2 a été pour le moment conçu seulement pour résoudre un certain type de problème, et la phase de la commercialisation est encore loin.

De plus la technologie quantique exige de régler quelques obstacles techniques: le système doit être protégé des interférences magnétiques et sa puce fonctionne seulement en milieu cryogénique, c'est-à-dire à des températures bien en-dessous de zéro.

En dehors de Google et la Nasa, d'autres sociétés se sont pourtant lancées dans le secteur de l'informatique quantique, comme IBM, Microsoft ou Intel.

Conclusion

Que pensez vous de l'avenir que nous réserve l'informatique quantique ? 

Merci pour votre attention !

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la physique quantique

by amatearssu

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Public - 4/18/16, 9:58 PM