Phillip Hopkins
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Lorsque Mile Gu démarre son nouvel ordinateur, il peut voir l'avenir. Au moins 16 versions possibles - toutes en même temps.
Gu, professeur assistant de physique à l'Université technologique de Nanyang à Singapour, travaille dans le domaine de l'informatique quantique. Cette branche de la science utilise les lois étranges qui régissent les plus petites particules de l'univers pour aider les ordinateurs à calculer plus efficacement.
Contrairement aux ordinateurs classiques, qui stockent les informations sous forme de bits (chiffres binaires de 0 ou 1), les ordinateurs quantiques codent les informations en bits quantiques ou qubits. Ces particules subatomiques, grâce aux étranges lois de la mécanique quantique, peuvent exister dans une superposition de deux états différents en même temps.
Tout comme le chat hypothétique de Schrödinger était simultanément mort et vivant jusqu'à ce que quelqu'un ouvre la boîte, un qubit dans une superposition peut égaler à la fois 0 et 1 jusqu'à ce qu'il soit mesuré. Le stockage de plusieurs résultats différents dans un seul qubit pourrait économiser une tonne de mémoire par rapport aux ordinateurs traditionnels, en particulier lorsqu'il s'agit de faire des prédictions compliquées. [Twisted Physics: 7 découvertes époustouflantes]
Dans une étude publiée le 9 avril dans la revue Nature Communications, Gu et ses collègues ont démontré cette idée en utilisant un nouveau simulateur quantique qui peut prédire les résultats de 16 futurs différents (l'équivalent, par exemple, de lancer une pièce quatre fois de suite) dans une superposition quantique. Ces futurs possibles étaient codés dans un seul photon (une particule quantique de lumière) qui se déplaçait sur plusieurs chemins simultanément tout en passant à travers plusieurs capteurs. Ensuite, les chercheurs sont allés plus loin, tirant deux photons côte à côte et surveillant comment les futurs potentiels de chaque photon divergeaient dans des conditions légèrement différentes..
"C'est un peu comme Docteur Strange dans le film 'Avengers: Infinity War'", a déclaré Gu. Avant une bataille décisive dans ce film, le médecin clairvoyant attend avec impatience de voir 14 millions d'avenirs différents, dans l'espoir de trouver celui où les héros vainquent le grand méchant. «Il fait un calcul combiné de toutes ces possibilités pour dire: 'OK, si j'ai changé ma décision de cette manière, dans quelle mesure l'avenir changera-t-il?' C'est la direction vers laquelle notre simulation se dirige. "
Lancer une pièce quantique
Les chercheurs ont testé leur moteur de prédiction quantique à l'aide d'un modèle classique appelé la pièce perturbée.
«Imaginez qu'il y ait une boîte, et à l'intérieur, il y a une seule pièce de monnaie», a déclaré Gu. "A chaque étape du processus, quelqu'un secoue un peu la boîte, donc la pièce a une faible probabilité de basculer."
Contrairement à un tirage au sort traditionnel, dans lequel le résultat a toujours une chance égale d'être face ou face, le résultat de chaque tirage au sort perturbé dépend de l'état dans lequel se trouvait la pièce lors de l'étape précédente. Si la pièce passait de tête en queue pendant le troisième shake de la boîte, par exemple, alors le quatrième shake restera probablement pile..
Les chercheurs ont exécuté deux versions différentes de l'expérience sur les pièces de monnaie, l'une dans laquelle la boîte était un peu plus secouée et l'autre avec des secousses plus faibles. Dans chaque expérience, la boîte a été secouée quatre fois, fournissant 16 combinaisons possibles de têtes et de queues. Après la quatrième étape, l'équipe a encodé la superposition des 16 résultats en un seul photon, montrant simultanément la probabilité de chaque résultat possible en fonction de la force avec laquelle la boîte a été secouée..
Enfin, l'équipe a combiné les superpositions de la pièce fortement secouée et de la pièce faiblement secouée pour créer une carte maîtresse des futurs possibles..
"Cela nous a montré à quelle vitesse les futurs divergeaient en fonction de la force avec laquelle je secouais la boîte à chaque étape", a déclaré Gu..
À l'heure actuelle, les contraintes sur la puissance de calcul signifient que le simulateur de l'équipe ne peut examiner que 16 futurs possibles à la fois. Un jour, cependant, alors que les ordinateurs quantiques deviendront plus grands, plus puissants et plus courants, des simulateurs comme celui-ci pourraient être étendus pour voir une infinité de futurs à la fois, a déclaré Gu. Cela pourrait aider dans des domaines tels que les prévisions météorologiques ou la réalisation d'investissements plus éclairés sur le marché boursier. Cela pourrait même aider à améliorer l'apprentissage automatique, qui consiste à apprendre l'intelligence artificielle elle-même pour faire de meilleures prédictions..
Tout cela est "hautement exploratoire", a ajouté Gu, et nécessitera de nombreuses expériences supplémentaires pour comprendre toutes les applications du simulateur quantique. Hélas, le destin de cet ordinateur clairvoyant est un avenir qui reste un mystère.
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Publié à l'origine le .