10 février 2023 ordinateur quantique Le 26 janvier 2023, le programme SRF "Einstein" parlait d'ordinateurs quantiques. Les appareils électroniques fonctionnent avec des bits, qui sont soumis au système binaire. Les bits ont 2 états différents : 0 ou 1. D'où cela vient-il ? L'électron a un moment cinétique intrinsèque avec 2 orientations différentes. Le spin dit électronique d'un électron a donc 2 états : soit +1/2 soit -1/2. Ainsi, le bit est (1) ou (0).
Qu'est-ce qu'un Qbit ? L'émission Einstein du 26 janvier 2023 ne parle que d'atomes ou de particules de poussière. Les atomes supposés être impliqués ne sont pas mentionnés. Ce n'est pas non plus important pour le moment. Quand on parle d'atomes (il y a probablement aussi des composés chimiques parmi les particules de poussière), on parle aussi de particules. Les particules, qui sont généralement en suspension, ont 3 degrés de liberté différents : translation, rotation et, à des températures plus élevées, vibration. A température ambiante, les particules sont dans un état de vibration. L'échantillon doit donc être refroidi jusqu'au zéro absolu, -273°C, pour que la particule ne fasse que tourner. Un peu de physique quantique L'atome arbitraire (mais alors il devrait y en avoir plusieurs) ne tourne que sur lui-même, la question est probablement un peu plus complexe. Maintenant, une théorie quantique entre en jeu pour l'expliquer. L'atome est enveloppé par une configuration électronique. Les électrons sont répartis autour de l'atome en plusieurs couches selon leur état ou leur distance. Il y a les shells s, p et d. La coquille s peut contenir un maximum de 2 électrons, la coquille p 6 et la coquille d un maximum de 10 électrons. Maintenant, le principe de Pauli entre en jeu. Les électrons doivent s'apparier, mais cela ne fonctionne que si les deux électrons ont des spins opposés. Une paire d'électrons est constituée d'un électron de spin = +1/2 et d'un électron de spin = -1/2. Mais jamais avec le même spin ! La couche s se compose d'un maximum de 1 paire d'électrons, la couche p de 3 et la couche d de 5 paires d'électrons.
Couplage spin-orbite, une dérivation possible de Qbit À la périphérie même d'un atome, il y a un électron non apparié dans la couche p ou d. Un électron non apparié dans la couche s doit s'élever vers une couche p ou d vide plus élevée lorsqu'il est excité. L'électron non apparié dans la couche p ou d tourne désormais également autour du noyau atomique. Puisque l'électron a déjà son propre moment cinétique, il en résulte un moment cinétique total.
Figure : Anneau violet, noyau atomique. Cercle bleu clair, orbite de l'électron autour du noyau. La flèche vers le haut représente le moment cinétique total résultant.
Comme l'électron peut avoir deux états différents, il en résulte deux moments cinétiques totaux différents. À partir de là, vous pouvez voir pourquoi l'atome appelé qbit peut être à la fois 1 et 0. Un électron s non apparié ne tourne pas autour du noyau atomique. C'est ce que disent les manuels. Cependant, à l'état fondamental, l'atome de sodium a un électron s non apparié dans la couche 3s la plus externe. Lorsqu'il est excité, par exemple avec un laser, l'électron 3s monte à l'état 3p et peut orbiter autour du noyau atomique et 2 niveaux d'énergie sont créés à 589,76 nm et 589,16 nm. Une structure fine du spectre est créée. Ceci a été observé avec les lampes à vapeur de sodium utilisées pour l'éclairage public. Cependant, cette explication ne prouve pas si le couplage spin-orbite est lié aux qbits.
Calcul des possibilités d'un ordinateur quantique Revenons à l'article de l'émission "Einstein" du 26 janvier 2023. Le modérateur et les scientifiques de l'Institut IBM de Rüschlikon ne mentionnent pas exactement ce qu'est un Qbit. Un seul Qbit peut être à la fois 1 et 0. Cela signifie que les combinaisons suivantes sont possibles pour un seul qbit. 0 et 1, donc 2 combinaisons. Avec un résultat de 2 Qbits 00, 01, 10 et 11 sont 4 combinaisons À 3 qbits 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111 vous obtenez 8 combinaisons Avec 4 Qbits, l'Institut IBM compte déjà 16 combinaisons ou possibilités avec 10 Qbits c'est 1024 20 qbits = 1048576 Maintenant, comment obtenez-vous ces résultats ? Avec le Qbit nous n'avons affaire qu'à 2 états, à savoir 0 et 1. Nous élevons maintenant ces 2 états à la puissance du nombre de Qbits disponibles. Avec 20 Qbits vous calculez 2 puissance 20 ce qui donne 1048576 100 Qbits donnent déjà un nombre à 31 chiffres : 1 267 650 600 228 229 401 496 703 205 376 1000 Qbits donnent maintenant un nombre à 302 chiffres. En fait, plusieurs dizaines de millions d'atomes ou de particules peuvent s'accumuler dans un morceau de poussière d'un diamètre de 6 mm par exemple. Revenons à l'atome de sodium. 1 mol, c'est-à-dire le nombre d'Avogadro, est composé de 6*10 à la puissance de 23 atomes. Il y a de la place pour une mole d'atomes de sodium dans un récipient en forme de cube avec une longueur de bord d'environ 3 cm. Il n'est guère possible qu'un ordinateur quantique fonctionne encore avec lui. Le récipient dans lequel l'échantillon Qbits est censé se trouver doit être complètement évacué pour le moment. Sinon, des particules d'air telles que O2, N2, CO2 et d'autres particules chimiques gêneront les Qbits ou même réagiront. De plus, comme expliqué dans le programme, le récipient doit être ressenti jusqu'à la température Kelvin (=-273°C). Refroidis et évacués, les qbits sont maintenant sans vibration et il n'y a pratiquement pas d'interactions, l'atome ne fait que tourner ou l'électron tourne autour du noyau atomique, si l'on entend réellement le couplage spin-orbite. Les qbits sont alors probablement également répartis de manière lâche dans le vide des vaisseaux sur le sol ou peuvent même flotter immobiles. Les ordinateurs quantiques ont un énorme potentiel Non seulement la vitesse, mais aussi l'intelligence artificielle, qui donne déjà beaucoup aujourd'hui, seront massivement augmentées. Trouver l'itinéraire le plus court ou le plus optimal dans une grande ville presque instantanément, comme le montre l'émission Einstein, n'est qu'un exemple simple. Avec l'ordinateur quantique, des médicaments peuvent être créés pour chaque corps humain et animal. Et bien plus encore : le transport de matériaux à la vitesse de la lumière dans l'espace pourrait devenir une réalité. La planète Mars pourrait être rendue habitable grâce à des robots télécommandés. Des systèmes fermés, des dameuses, des bâtiments protégés contre les protons avec des usines d'oxygène, des usines chimiques, une sorte de coque protégée contre les protons autour de Mars et bien plus encore sont concevables. Un système biologique, initialement en systèmes fermés, pourrait être mis en place sur Mars. Quels sont les inconvénients et les dangers ? Le conteneur dans lequel se trouvent les Qbits doit être refroidi à 13 fois la température de congélation. Cela coûte beaucoup d'énergie. Les dangers sont bien plus grands. Un mot de passe à 8 chiffres avec des lettres majuscules et minuscules, des nombres premiers, des caractères comme ç,/&[}) etc est très difficile à pirater. Cela prend plusieurs années. Avec un ordinateur quantique, quelques jours voire quelques heures suffisent, selon le nombre de qbits. Les mots de passe comprendront probablement au moins 1000 caractères et contiendront également des lettres en russe, arabe, hébreu et/ou d'autres groupes de langues. Les mots de passe destinés à se protéger contre les attaques informatiques quantiques devront probablement être achetés. Si une organisation ou une entreprise criminelle, voire une ou quelques personnes possèdent un ordinateur quantique ou y accèdent simplement pour la première fois, le danger potentiel est énorme, dépassant toutes les dimensions. Le monde entier peut être coché mon pote, toute la civilisation pourrait être anéantie. Les systèmes de transport, les hôpitaux, les centrales électriques, le Pentagone, etc. peuvent tous être fermés en peu de temps. Imagine ça! Littérature: SRF Swiss TV show "Einstein" du 26 janvier 2023 à l'IBM Institute, 8803 Rüschlikon Peter W. Atkins, Physico-chimie, VCH Verlags AG, CH 4020 Bâle (Suisse) 1987, 1988