How Does a Quantum Computer Work?YouTube↗  IA↗(long shot)
Education  4M views 68.3K likes 1.3K dislikes   17 Jun 2013
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A classical computer performs operations using classical bits, which can be either zero or
Un ordinateur classique effectue les opérations en utilisant des bits classique, qui peuvent être zéro ou
one. Now in contrast, a quantum computer users quantum bits or qubits.
un. En revanche, un ordinateur quantique utilise des bits quantiques ou qubits. Ceux-ci peuvent être à la fois
And they can be both zero and one at the same time. And it is this that gives a quantum computer its superior computing power.
zéro et un en même temps. Et c'est ce qui donne à l'ordinateur quantique sa supériorité
There are a number of physical objects that can be used as a qubit. A single photon, a nucleus or an electron. I met up with researchers who were using the outermost electron in phosphorous as a qubit. But how does that work?
en puissance de calcul. Il y a un certain nombre d'objets physiques qui peuvent être utilisés comme un qubit : un photon unique, un noyau ou un électron. J'ai rencontré des chercheurs qui utilisent l'électron de la couche périphérique du phosphore comme qubit. Mais comment ça marche ? Eh bien, tous les électrons
Well, all electrons have magnetic fields, so they are basically like tiny bar magnets.
ont un champ magnétique, donc ils sont en fait comme de petites barres aimantés. Et cette propriété est
And this property is called spin. If you place them in a magnetic field they will align with that field, just like a compass
appelée le spin. Si vous les placez dans un champ magnétique, ils vont s'aligner avec ce champ,
needle lines up with the magnetic field of the earth.
comme une aiguille de boussole s’aligne avec le champ magnétique terrestre.
Now this is the lowest energy state, so you could call it the zero state or we call it
C'est le niveau d'énergie le plus faible, donc vous pourriez l’appeler l'état zéro, ou nous l'appelons,
for the electron, spin down. Now you can put it in a one state, or spin up, but that takes some energy.
pour l'électron, spin bas. Vous pouvez le mettre dans un état un, ou spin haut, mais cela demande
>> If you took out the glass from your compass you could turn the needle the other way, but
de l'énergie. - Si vous enleviez le verre de la boussole, vous pourriez tourner l'aiguille dans l'autre sens, mais
you would have to apply some force to it. You have to push it to flip to the other side.
vous devrez y exercer une force. Vous devez la pousser pour la retourner dans l'autre sens.
And that is the highest energy state. In principle, if you were so delicate to really put it exactly against the magnetic field,
Et ceci est le niveau d'énergie le plus haut. En principe, si vous étiez assez délicat pour le mettre exactement
it would stay there.
alignée avec le champ magnétique, elle y resterait.
>> Now so far this is basically just like a classical bit.
- Pour l'instant, c'est globalement similaire à un bit classique. Il a deux états, spin
It has got two states, spin up and spin down, which are like the classical one and zero.
haut et spin bas, qui correspondent aux "zéro et un" classiques. Mais ce qui est amusant avec les objets
But the funny thing about quantum objects is that thy can be in both states at once.
quantiques, c'est qu'ils peuvent être dans les deux états en même temps. Quand vous mesurez le spin,
Now when you measure the spin it will be either up or down. But before you measure it, the electron can exist in what is called a quantum super position, where these coefficients indicate the relative probability of finding the electron in one
il sera soit haut, soit bas. Mais avant que la mesure soit faite, l'électron peut exister dans ce qu'on appelle la superposition quantique, où ces coefficients indique la probabilité relative
state or the other.
de trouver l'électron dans un état ou dans l'autre.
Now it is hard to imagine how this enables this incredible computing power of quantum
Alors, c'est difficile d'imaginer comment ceci rend possible l'incroyable puissance de calcul des ordinateurs
computers without considering two interacting quantum bits.
quantiques, sans prendre en compte l'interaction entre deux quantum bits.
>> Hello.
- Bonjour. -Salut.
>> Hi. Now there are four possible states of these two electrons.
Alors, il y a quatre états possibles pour ces deux électrons.
>> You could think that, well, that is just like two bits of a classical computer, right?
On pourrait penser que, bon, c'est exactement comme deux bits d'un ordinateur classique, n'est-ce pas ?
If you have two bits you can write zero, zero; zero, one; one, zero; one, one.
Si on a deux bits, on peut écrire zéro-zéro, zéro-un, un-zéro ou un-un. N'est-ce pas ?
Right? There is four numbers.
Ça donne quatre nombres.
But these are still just two bits of information. Right? All I need to say to determine which one of the four numbers you have in your computer code is the value of the first bit and the value of the second bit.
Mais cela ne représente toujours que deux bits d'information. Ok ? Tout ce que je dois dire pour déterminer lequel de ces quatre nombres est dans un code informatique est la valeur du premier bit, et la valeur du second bit. Ici, en revanche, la mécanique quantique me permet de faire une superposition
Here, instead, quantum mechanics allows me to make super position of each one of these four states. So I can write a quantum mechanical state, which is perfectly legitimate, that is some coefficient times this plus some coefficient times that plus some coefficient times that
de chacun de ces quatre états. Je peux donc écrire un état quantique, qui est parfaitement légitime, qui est un certain coefficient fois ça, plus un certain coefficient fois ça,
plus some coefficient times that.
plus un certain coefficient fois ça, plus un certain coefficient fois ça.
So determine the state of this two spin system, I need to give you four numbers, four coefficients,
Donc pour déterminer l'état de ce système de deux spins, j'ai besoin de vous donner quatre nombres, quatre coefficients,
whereas in the classical example of the two bits, I only need to give you two bits.
alors que dans l'exemple classique de deux bits, j'ai juste besoin de vous donner la valeur de deux bits.
So this is how you understand why two qubits actually contain four bits of information.
Vous comprenez donc pourquoi deux qubits contiennent en fait quatre bits d'information.
I need to give you four numbers to tell you the state of this system, whereas here I only
Je dois vous donner quatre nombres pour décrire l'état de ce système, alors qu'ici
need two.
je n'en ai besoin que de deux.
Now if we make three spins, we would have eight different states and it could give you
Si on considère maintenant trois spins, on aura alors huit états différents, et je devrais vous donner
eight different numbers to define the state of those three spins, whereas classical it
huit nombres différents pour définir l'état de ces trois spins, alors que dans le cas classique
is just three bits. If you keep going, what you find is that the amount of equivalent classical information contained by N qubits is two to the power N classical bits.
il ne s'agit toujours que de trois bits. Si on continue dans ce sens, on se rend compte que la quantité d'information classique équivalente contenue dans N qubits est 2 à la puissance N bits classiques.
And, of course, the power of exponentials tells you that once you have, let’s say,
Et, bien sûr, la puissance de l'exponentielle dit que si vous avez, disons 300
300 of those qubits in what we call the folient angle state, so you must be able to create
de ces qubits dans ce qu'on appelle un état intriqué - donc on doit être capable de créer
these really crazy states where there is a super position of all three angles being one
cet état complètement fou, où il y a superposition de tous ces 300 états dans tel sens
way and another way and another way and so on, then you have like two to the 300 classical
et tel sens et tel sens, etc - alors on a 2 à la puissance 300 bits classiques,
bits, which is as many particles as there are in the universe.
c'est-à-dire autant que le nombre de particules présentes dans l'univers.
>> But there is a catch, although the qubits can exist in any combination of states, when
Seulement voilà, bien que les qubits puissent exister dans n'importe quelle combinaison d'états,
they are measured they must fall into one of the basis states.
lorsqu'on les mesure, ils doivent retomber dans l'un des états de base. Et le reste des informations
And all the other information about the state before the measurement is lost.
concernant l'état avant la mesure est perdu.
>> So you don’t want generally to have as the final result of your quantum computation
- Donc on ne veut pas avoir de manière générale un résultat final de calcul quantique
something that is a very complicated super positional state, because our cannot measure
qui est un état de superposition très compliqué, parce qu'on ne peut pas mesurer
a super position. You can only measure one of these basis states.
une superposition. On peut seulement mesurer l'un de ces états de base.
>> Like down, down, up, up.
- comme bas, bas, haut, haut.
>> Yeah. So what you want is to design the logical operations that you need to get to the final
Oui. Donc ce que l'on veut faire, c'est de concevoir les opérations logiques dont on aurait besoin pour obtenir
computational result in such a way that the final result is something you are able to
le résultat informatique final, de manière à ce que le résultat final soit quelque chose
measure, just a unique state.
que l'on soit capable de mesurer, juste un état unique.
>> That is not trivial.
- Cela n'est pas trivial.
>> That is not trivial. And it is essentially ... I am kind of stretching things, but I guess it is to some degree the reason why quantum computers are not a replacement of classical computers.
- Ce n'est pas trivial. Et, essentiellement... J'exagère un peu, mais j'imagine que c'est, dans une certaine mesure, la raison pour laquelle les ordinateurs quantiques
>> They are not.
ne peuvent pas remplacer les ordinateurs classiques.
>> No, they are not.
Non ?
They are not universally faster. They are only faster for special types of calculations where you can use the fact that you have all these quantum super positions available to you at the same time, to do some kind of computational parallelism.
Non. Ils ne sont pas universellement plus rapides. Ils sont seulement plus rapides pour certains types de calculs, pour lesquels on peut utiliser le fait d'avoir toutes ces superpositions quantiques disponibles en même temps, pour faire une sorte de parallélisme informatique.
If you just want to watch a video in high definition or browse the internet or write
Si vous voulez juste regarder une vidéo en haute définition ou surfer sur internet, ou écrire un document
some documenting work, they are not going to give you any particular improvement if you need to use a classical algorithm to get the result. So you should not think of a quantum computer as something where every operation is faster. In fact, every operation is probably going to be slower than in the computer you have
sur lequel vous travaillez, il ne vont pas apporter d'amélioration particulière, si vous utilisez un algorithme classique pour obtenir le résultat. Donc vous ne devez pas penser que dans un ordinateur quantique, chaque opération est plus rapide. En fait, chaque opération sera probablement plus lente
at your desk. But it is a computer where the number of operations required to arrive at the result is exponentially small. So the improvement is not in the speed of the individual operation.
que l'ordinateur que vous avez sur votre bureau. Mais dans cet ordinateur, le nombre d'opérations nécessaires pour arriver au résultat est exponentiellement bas. Donc l'amélioration n'est pas dans la vitesse
It is in the total number of operations you need to arrive at the result.
de chaque opération individuelle. Elle est dans le nombre total d'opérations nécessaires pour arriver
But that is only the case in particular types of calculations, particular algorithms. It is not universally, which is why it is not a replacement of a classical computer.
au résultat. Mais cela ne s'applique qu'à certains types de calculs particuliers, certains algorithmes. Ce n'est pas universel, voilà pourquoi cela ne peut pas remplacer un ordinateur classique.
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