La machine de Turing, développée par Alan Turing dans les années 1930, est un dispositif théorique constitué d'une bande de longueur illimitée divisée en petits carrés. Chaque case peut contenir un symbole (1 ou 0) ou être laissée vide. Un dispositif de lecture-écriture lit ces symboles et blancs, donnant à la machine ses instructions pour exécuter un certain programme. Sonne 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 0 ou 1 ou un chevauchement de 0 et 1 ; en d'autres termes, les symboles sont 0 et 1 (et tous les points intermédiaires) 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 d'aujourd'hui, 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 encodent des 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 fonctionnent ensemble pour agir comme la mémoire et le processeur d'un ordinateur. 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 donne 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 (lire : bureau de jeu!). 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 typiques 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'intrication. Un problème avec l'idée des ordinateurs quantiques est que si vous essayez de regarder des particules subatomiques, vous pouvez les heurter et changer leur valeur. Si vous regardez un qubit superposé 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 de faire des mesures indirectes pour préserver l'intégrité du système (lire : Sci Hub ou accès libre aux articles scientifiques). L'enchevêtrement fournit une réponse potentielle. En physique quantique, si vous appliquez une force externe à deux atomes, elle peut les enchevêtrer et le deuxième atome peut prendre les propriétés du premier. Ainsi, s'il est laissé seul, un atome tournera dans toutes les directions. Dès qu'il est perturbé, il choisit un spin ou une valeur, et en même temps le deuxième atome intriqué choisira un spin ou une valeur opposée. Cela permet aux scientifiques de connaître la valeur des qubits sans avoir à les regarder.
