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Concept
Simulateur quantique
Résumé
vignette|Sur cette photo d'un simulateur quantique, les ions sont fluorescents, ce qui indique que les qubits sont tous dans le même état ("1" ou "0"). Dans de bonnes conditions expérimentales, les ions du cristal prennent spontanément une structure triangulaire. Crédit: Britton/NIST
vignette|Illustration de ions piégés : Le cœur du simulateur est un cristal de deux dimensions de ions de béryllium (sphères bleues); l'électron ultrapériphériques de chaque ion est un bits quantiques (flèches rouges). Les ions sont confinés par un grand champ magnétique dans un dispositif appelé un piège de Penning (non illustré). À l'intérieur du piège le cristal tourne dans le sens horaire. Crédit: Britton/NIST
Un simulateur quantique est une classe restreinte d'ordinateur quantique qui contrôle les interactions entre des bits quantiques de manière à pouvoir simuler certains problèmes quantiques difficiles à modéliser autrement. Les simulateurs quantiques permettent l'étude de systèmes quantiques difficiles à étudier en laboratoire et impossible à modéliser avec des supercalculateurs non quantique. Les simulateurs sont des dispositifs spécifiques conçu pour étudier un sujet spécifique de la physique, ils ne sont donc pas généralistes.
Un simulateur quantique universel est un calculateur quantique tel que proposé par Richard Feynman en 1982. Feynman a montré qu'une machine de Turing classique simulant des phénomènes quantiques connaîtrait une croissance exponentielle de son temps de calcul tandis qu'un calculateur quantique hypothétique ne ferait pas l'expérience de cette augmentation. David Deutsch , en 1985, a repris les idées de Feynman et a proposé un calculateur quantique universel. En 1996, Seth Lloyd a montré qu'un ordinateur quantique standard pourrait être programmé pour simuler des systèmes locaux quantiques efficacement.
Des simulateurs quantiques ont été réalisés à l'aide notamment de systèmes de gaz quantiques ultra froids, d'ions piégés, de systèmes photoniques, de points quantiques et de circuits supraconducteurs
Les simulateurs quantiques exploitent une propriété de la mécanique quantique appelé superposition, dans lequel un même état quantique peut posséder plusieurs valeurs pour une certaine quantité observable.
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thumb|Mesure de la position d'un ensemble de particules étant dans le même état superposé. En mécanique quantique, selon le principe de superposition, un même état quantique peut posséder plusieurs valeurs pour une certaine quantité observable (spin, position, quantité de mouvement, etc.) Ce principe résulte du fait que l'état – quel qu'il soit – d'un système quantique (une particule, une paire de particules, un atome, etc.) est représenté par un vecteur dans un espace vectoriel nommé espace de Hilbert (premier postulat de la mécanique quantique).
Informatique quantique
L'informatique quantique est le sous-domaine de l'informatique qui traite des calculateurs quantiques et des associés. La notion s'oppose à celle d'informatique dite « classique » n'utilisant que des phénomènes de physique classique, notamment de l'électricité (exemple du transistor) ou de mécanique classique (exemple historique de la machine analytique). En effet, l'informatique quantique utilise également des phénomènes de la mécanique quantique, à savoir l'intrication quantique et la superposition.