Lorsque Mile Gu démarre son nouvel ordinateur, il peut voir l'avenir. Au moins, 16 versions possibles de celui-ci - tout en même temps.
Gu, professeur adjoint de physique à l'Université technologique de Nanyang à Singapour, travaille en 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 lois étranges de la mécanique quantique, peuvent exister en 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 en superposition peut égaler 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 complexes.
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, disons, de lancer une pièce de monnaie quatre fois de suite) dans une superposition quantique. Ces futurs possibles ont été encodés dans un seul photon (une particule quantique de lumière) qui s'est déplacé sur plusieurs chemins simultanément en passant par plusieurs capteurs. Ensuite, les chercheurs sont allés plus loin, tirant deux photons côte à côte et suivant 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 à Live Science. Avant une bataille culminante dans ce film, le médecin clairvoyant attend avec impatience de voir 14 millions d'avenirs différents, espérant trouver celui où les héros vaincront le grand méchant. "Il fait un calcul combiné de toutes ces possibilités pour dire:" OK, si j'ai changé ma décision de cette petite manière, combien va changer l'avenir? " 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, une seule pièce", a expliqué Gu. "A chaque étape du processus, quelqu'un secoue un peu la boîte, donc la pièce a une faible probabilité de se retourner."
Contrairement à un lancer de pièce traditionnel, dans lequel le résultat a toujours une chance égale d'être face ou face, le résultat de chaque lancer de pièce perturbé dépend de l'état dans lequel la pièce était dans l'étape précédente. Si la pièce retournait de la tête aux queues pendant le troisième tremblement de la boîte, par exemple, alors le quatrième tremblement serait susceptible de rester des queues.
Les chercheurs ont mené deux versions différentes de l'expérience sur les pièces de monnaie, l'une dans laquelle la boîte était un peu plus agitée et l'autre avec des tremblements plus faibles. Dans chaque expérience, la boîte a été agitée quatre fois, offrant 16 combinaisons possibles de têtes et de queues. Après la quatrième étape, l'équipe a codé sa superposition des 16 résultats dans 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 contrats à terme 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 deviennent plus grands, plus puissants et plus courants, des simulateurs comme celui-ci pourraient être étendus pour voir infiniment de futurs à la fois, a déclaré Gu. Cela pourrait aider dans des choses comme les prévisions météorologiques ou faire des investissements plus informés sur le marché boursier. Cela pourrait même aider à améliorer l'apprentissage automatique, qui consiste à enseigner l'intelligence artificielle à faire de meilleures prédictions.
Tout cela est "très exploratoire", a ajouté Gu, et nécessitera de nombreuses expérimentations supplémentaires pour comprendre toutes les applications du simulateur quantique. Hélas, le destin propre de cet ordinateur clairvoyant est un avenir qui reste un mystère.
