La machine de Turing, développée par Alan Turing dans les années 1930, est un dispositif théorique qui consiste en une bande de longueur illimitée qui est divisée en petits carrés. Chaque carré peut soit contenir un symbole (1 ou 0), soit être laissé vide. Un dispositif de lecture-écriture lit ces symboles et ces blancs, ce qui donne à la machine ses instructions pour exécuter un certain programme. Cela vous semble familier ? Eh bien, dans une machine de Turing quantique, la différence est que la bande existe dans un état quantique, tout comme la tête de lecture-écriture. Cela signifie que les symboles sur la bande peuvent être soit 0, soit 1, soit une superposition de 0 et de 1 ; en d’autres termes, les symboles sont à la fois 0 et 1 (et tous les points entre les deux) en même temps. Alors qu’une machine de Turing normale ne peut effectuer qu’un seul calcul à la fois, une machine de Turing quantique peut effectuer plusieurs calculs à la fois. Lisez cet article pour en savoir plus.

Les ordinateurs actuels, comme les machines de Turing, fonctionnent en manipulant des bits qui existent dans l’un des deux états suivants : un 0 ou un 1. Les ordinateurs quantiques ne sont pas limités à deux états ; ils codent les informations sous forme de bits quantiques, ou qubits, qui peuvent exister en superposition. Les qubits représentent des atomes, des ions, des photons ou des électrons et leurs dispositifs de contrôle respectifs qui travaillent ensemble pour agir comme une mémoire d’ordinateur et un processeur. Parce qu’un ordinateur quantique peut contenir ces multiples états simultanément, il a le potentiel d’être des millions de fois plus puissant que les superordinateurs les plus puissants d’aujourd’hui.

C’est cette superposition de qubits qui confère aux ordinateurs quantiques leur parallélisme inhérent. Selon un physicien, ce parallélisme permet à un ordinateur quantique de travailler sur un million de calculs à la fois, alors que votre PC de bureau n’en fait qu’un. Un ordinateur quantique de 30 qubits équivaudrait à la puissance de traitement d’un ordinateur classique qui pourrait fonctionner à 10 téraflops (des billions d’opérations en virgule flottante par seconde). Aujourd’hui, les ordinateurs de bureau classiques fonctionnent à des vitesses mesurées en gigaflops (milliards d’opérations en virgule flottante par seconde).

Les ordinateurs quantiques utilisent également un autre aspect de la mécanique quantique connu sous le nom d’enchevêtrement. Un problème avec l’idée des ordinateurs quantiques est que si vous essayez de regarder les particules subatomiques, vous pourriez les heurter et ainsi changer leur valeur. Si vous regardez un qubit en superposition pour déterminer sa valeur, le qubit prendra la valeur 0 ou 1, mais pas les deux (transformant ainsi votre ordinateur quantique en un ordinateur numérique banal). Pour fabriquer un ordinateur quantique pratique, les scientifiques doivent trouver des moyens d’effectuer des mesures indirectes afin de préserver l’intégrité du système. L’intrication fournit une réponse potentielle. En physique quantique, si vous appliquez une force extérieure à deux atomes, elle peut les entraîner dans un enchevêtrement, et le second atome peut prendre les propriétés du premier. Ainsi, si on le laisse seul, un atome tournera dans toutes les directions. Dès qu’il est perturbé, il choisit un spin ou une valeur et, dans le même temps, le second atome empêtré choisira un spin opposé ou une valeur. Cela permet aux scientifiques de connaître la valeur des qubits sans avoir à les regarder.