Un qubit est l’unité fondamentale d’information quantique, analogue au bit classique de l’informatique classique. Le terme « qubit » est une contraction des mots « quantum » et « bit », et il représente une unité de données quantiques utilisée dans les systèmes d’informatique quantique.
1. Les quatre caractéristiques d'un qubit
Superposition
Contrairement à un bit classique qui ne peut prendre qu’une valeur de 0 ou 1 à la fois, un qubit peut exister dans une superposition de ces deux états en même temps. Cela signifie qu’un qubit peut être à la fois à 0 et à 1 simultanément, ce qui lui confère une capacité de stockage et de traitement de l’information plus complexe.
Interférence
Les qubits peuvent interagir les uns avec les autres de manière constructive ou destructive, phénomène appelé interférence quantique. Cette capacité d’interférence permet aux qubits de réaliser des calculs parallèles et d’exploiter des propriétés quantiques uniques pour résoudre des problèmes de manière plus efficace.
Entrelacement
Les qubits peuvent être entrelacés, ce qui signifie que l’état d’un qubit peut être intrinsèquement lié à l’état d’un autre qubit, même s’ils sont physiquement éloignés. Cette propriété d’entrelacement permet aux qubits de réaliser des opérations quantiques complexe et de transmettre de l’information de manière cryptée.
Mesure quantique
Lorsqu’un qubit est mesuré, il prendra finalement une seule valeur de 0 ou 1, selon les probabilités dictées par son état quantique avant la mesure. La mesure d’un qubit modifie généralement son état, ce qui nécessite des protocoles de correction d’erreurs quantiques pour garantir un calcul fiable.
En résumé, un qubit est l’unité de base de l’informatique quantique, dotée de propriétés quantiques uniques telles que la superposition, l’interférence, l’entrelacement et la mesure quantique. Ces caractéristiques permettent aux ordinateurs quantiques de dépasser les capacités des bits classiques de l’informatique traditionnelle.
2. Mesure d’un qubit quantique
Obtenir de l’information
La mesure d’un qubit permet d’extraire des informations sur l’état quantique du qubit à un moment donné.
En mesurant un qubit, on peut déterminer dans quel état il se trouve (0 ou 1) et ainsi obtenir des informations sur les calculs en cours.
Validation des résultats
En informatique quantique, la mesure est souvent utilisée pour valider les résultats d’un calcul grâce à des schémas de circuit quantique.
En comparant les résultats mesurés aux résultats attendus, on peut vérifier la précision du calcul quantique et la validité des opérations effectuées sur les qubits.
Communication de l’information
La mesure des qubits est nécessaire pour communiquer l’information stockée dans un qubit à d’autres parties d’un système quantique ou à un utilisateur externe.
La mesure permet de convertir l’information quantique en information classique compréhensible et exploitable.
Portes conditionnelles
Les portes quantiques conditionnelles, qui sont largement utilisées dans le calcul quantique, nécessitent souvent des mesures pour déterminer les conditions sous lesquelles les opérations doivent être effectuées.
En fonction du résultat d’une mesure, les portes conditionnelles peuvent guider le flux d’exécution d’un programme quantique.
Les qubits servent d’unité informatique aux algorithmes quantiques.
3. Comment s’écrit un qubit informatique ?
En informatique, un qubit peut être représenté par une structure de données numérique adaptée pour le calcul quantique.
Voici comment un qubit peut être écrit en informatique :
Représentation binaire
Un qubit peut être représenté en informatique par une combinaison linéaire de deux états de base : 0 et 1.
Un qubit classique peut être représenté par un vecteur binaire de taille 1, où chaque composante représente l’amplitude de probabilité de l’état correspondant.
exemple :
Un qubit peut être représenté par un vecteur de deux éléments : [0.3, 0.7], ce qui signifie que le qubit a 30% de probabilité d’être dans l’état 0 et 70% de probabilité d’être dans l’état 1.
Représentation en langage de programmation
En programmation quantique, divers langages comme Qiskit, QuTiP ou Q# offrent des bibliothèques et des outils permettant de manipuler des qubits.
exemple :
En Qiskit (une bibliothèque Python pour l’informatique quantique), un qubit peut être créé en utilisant des commandes telles que : QuantumCircuit(1) pour initialiser un qubit.
Portes quantiques
Les opérations sur les qubits quantiques sont représentées par des portes quantiques qui effectuent des transformations sur l’état du qubit.
Ces opérations peuvent inclure des rotations, des basculements de phases, des portes de Hadamard.
