Évolution de l’informatique, puissance de calcul et énergie

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Le quantique :

 

La physique quantique est apparue au XXème siècle décrivant le  comportement des atomes ainsi que le comportement des particules (c’est à dire le monde microscopique). Elle démontre qu’un atome peut être à plusieurs endroits en même temps. Par exemple, si l’on extrait un seul atome et qu’on l’isole dans le vide sans lumière, on observe que celui-ci se retrouve à plusieurs endroits à la fois, on dit que l’atome est dans une superposition quantique cohérente d’état.

Pour expliquer ce phénomène, il ne faut pas se fier à l’échelle classique, mais bien à une échelle microscopique. On constate alors que cet atome a une propriété propre à cette physique, celle de pouvoir être une particule et une onde. Lorsque celle ci n’est pas observée, l’atome doit être interprété comme une onde, et donc présent partout à la fois (on peut le comparer à de l’eau qui coule le long d’un bord), mais une fois observé, celui-ci est forcé de prendre une position unique et donc redevient une particule. D’autres expériences montrent bien ce phénomène [1] : le chat de schrödinger par exemple.

 

De nos jours, la mécanique quantique est utilisée dans différents domaines : chimie, optique, électronique, magnétisme, physique de l’état condensé. Ainsi que sur le vivant : photosynthèse, mutation génétique. Par exemple, le GPS et le laser sont deux objets qui utilisent des caractéristiques de la mécanique quantique. Plus récemment, une équipe de chercheurs de Londres ont mis au point un accéléromètre quantique qui pourrait permettre la géolocalisation sans satellite mais grâce au déplacement des particules. [2] 

 

L’ordinateur quantique : 

Il y a peu de temps, Google a affirmé avoir fabriqué un ordinateur dit “quantique”. Cet ordinateur aurait des capacitées de calcul supérieurs à un ordinateur classique. Cela s’explique par l’utilisation de la physique quantique et non par l’utilisation de la physique classique. 

Par exemple, pour une opération demandant 10 000 ans pour la résoudre, l’ordinateur quantique ne mettrait que 3 minutes à la résoudre. [3]. 

Une vue du circuit supraconducteur utilisé par Google. © F. Arute et al/Nature 2019

Une vue du circuit supraconducteur utilisé par Google. © F. Arute et al/Nature 2019

Afin de comprendre ce fonctionnement, le plus simple est de comprendre aussi le fonctionnement d’un ordinateur classique. Dans un ordinateur classique, nous avons du code binaire : des 0 et des 1 (les bits, c’est à dire une information) qui correspondent successivement à une absence de tension et à une tension. L’ordinateur a donc besoin de puces électroniques pour fonctionner. [4] 

schéma explicatif du bit et du Qubit

schéma explicatif du bit et du Qubit

 

L’ordinateur quantique fonctionne d’une manière différente. En effet, celui-ci fonctionne avec des qbits (deux informations en même temps dans un état de superposition). Ainsi qu’avec deux phénomènes propres à la physique quantique : la superposition quantique et l’intrication quantique [5] .

Pour en revenir sur l’ordinateur quantique créé par google, il est capable pour certaines tâches, de les réaliser plus vite. De même pour des opérations dites, impossibles à résoudre pour des ordinateurs classiques : la division par des nombres premiers.

 

Puissance de calcul

L’un des objectifs des chercheurs lorsqu’ils ont créé l’ordinateur quantique, était de gagner en vitesse. En effet celui-ci est 1 000 000 000 fois plus performant que les supercalculateurs français.

Nos appareils électroniques évoluent et leurs puissances de calcul ont beaucoup augmentées depuis leurs apparitions. Par exemple, la puissance de calcul d’un Samsung Galaxy S6 est égale à 34,8 GFLOPS contre 6,2 GFLOPS pour la PlayStation 2s soit 5 fois moins puissant que le téléphone. [7]

GFLOPS (floating-point operations per second) correspond au nombre d’opérations en virgule flottante par seconde. C’est une unité de mesure liée à la performance d’un système informatique.

différence de puissance de calcul

différence de puissance de calcul

La loi de Moore [8]

Depuis la nuit des temps, la puissance des technologies que fabrique l’homme ne cesse d’augmenter. 

Dans les années 50, plusieurs théories sur l’avenir de cette évolution ont été proposées. Dont celle du cofondateur de la société Intel, Gordon Moore, qui fut très intéressante.

Il a prédit le fait que le nombre de transistors qui compose principalement le processeur des ordinateurs double chaque année, ainsi que la puissance de l’ordinateur.

Par la suite, il changera sa théorie de cycle de deux ans contre celle de 18 mois.

Sa théorie a été vérifiée, elle est actuellement toujours véridique. 

En 2017, il prédira aussi une certaine limite de performance, dû à la taille des composants, ne pouvant logiquement pas être inférieure à celles des atomes. En 2020, il est prévu que les puces mesurent 7 nanomètres (10000 fois plus fin qu’un cheveux moyen).

Moore a prédit qu’à cette taille, nous touchons aux limites de la physique.

 

Energie

Cependant, les différents appareils consomment aussi de l’énergie et dégagent d’importantes émissions de gaz à effet de serre. En effet, lorsque nous nous connectons à internet, via notre smartphone, ou utilisons des appareils connectés, ils impliquent la consommation d’électricité et donc la production de CO2. Par exemple en 2018, les technologies de l’information et de la Communication (TIC) ont représenté entre 6 à 10% de la consommation mondiale d’électricité. Soit 4% de nos émissions de gaz à effet de serre. Et ce chiffre augmente de 5 à 7% chaque année. [9] 

 

ll existe des extensions, et des applications qui permettent de calculer notre émission de C02 sur le web. Le groupe SHIFT PROJECT a développé l’extension Carbonayser qui permet de calculer notre consommation en terme d’internet.[10] De même greenPeace s’est aussi penché sur la question en poussant les Géants du net à alimenter leurs centres de données aux énergies renouvelables. [11] 

Niveau de pollution d'une plate-forme web

Niveau de pollution d’une plate-forme web

 

 

Bibliographie sources :

[1] Youtube, CEA RECHERCHE, “[Comment ça marche ?] La physique quantique, késako?”, 22 mai 2019  https://www.youtube.com/watch?v=y1T463vMEfc , consulté le 17/12/19

 

[2] JournalDuGeek,CORENTIN, “Un accéléromètre quantique pour remplacer le GPS en cas de panne?”, 13/11/18, https://www.journaldugeek.com/2018/11/13/accelerometre-quantique-gps-panne/ ,consulté le 17/12/19

 

[3] Franceinfo, “Google affirme avoir fabriqué une machine superpuissante capable d’atteindre la « suprématie quantique »”, 21/09/2019 https://www.francetvinfo.fr/internet/google/google-pretend-avoir-fabrique-une-machine-superpuissante-capable-d-atteindre-la-suprematie-quantique_3626277.html?fbclid=IwAR32TGU-2Jgm9dLP-g_RRUNrq0BsncoNxPKRIOJPa1VOIbyu545t9bYKECE ,consulté le 17/12/19

 

[4] Couleur Science, “Qu’est ce qu’un ordinateur quantique?”, 17/01/14,  https://couleur-science.eu/?d=293289–quest-ce-quun-ordinateur-quantique, consulté le 17/12/19

 

[5] Institut pandor, Vincent, “L’ordinateur quantique : tout comprendre en partant de zéro”, 28/12/16,https://www.institut-pandore.com/physique-quantique/informatique-ordinateur-quantique/ , consulté le 17/12/19

 

[6] Les échos, Leïla MARCHAND, “Google présente son ordinateur quantique, 100 millions de fois plus rapide qu’un ordinateur classique”, 10/12/15, https://www.lesechos.fr/2015/12/google-presente-son-ordinateur-quantique-100-millions-de-fois-plus-rapide-quun-ordinateur-classique-284495 , consulté le 17/12/19

 

[7] Place4Geek, Experts Exchange, “Infographie : l’évolution de puissance de nos machines de 1956 à 2015”, 20/05/15, https://www.place4geek.com/blog/2015/05/infographie-levolution-de-puissance-de-nos-machines-de-1956-a-2015/ ,consulté le 17/12/19

 

 

[8] Choses à savoir, “Qu’est ce que la loi de Moore ?”, https://www.chosesasavoir.com/quest-ce-que-la-loi-de-moore/, consulté le 17/12/19

 

[9]Energuide.be, “Est-ce que j’émets du CO2 quand j’utilise Internet?”, https://www.energuide.be/fr/questions-reponses/est-ce-que-jemets-du-co2-quand-jutilise-internbet/69/ ,  consulté le 17/12/19

 

[10] Clubic, François VERRIER, “Carbonalyser : l’extension web qui calcule vos émissions de CO2 sur le web“, 31/07/19 https://www.clubic.com/extension/actualite-865529-carbonalyser-extension-web-calcule-conso-electrique-emissions-co2-web.html ,consulté le 17/12/19

 

[11 ] #ClickClean, GreenPeace, « Vos apps sont-elles écolos? Découvrez si vos applications préférées tournent aux énergies propres ou polluantes.“, 2016,  http://www.clickclean.org/france/fr/ , consulté le 17/12/19

 

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