Utiliser le “bizarre” de l’informatique quantique pour répondre à des questions difficiles – The NAU Review

Zéros et uns, qubits, superpositions, photonique quantique, intrications, particules subatomiques, molécules artificielles ; tous les termes qui peuvent ressembler à une langue étrangère – et c’est parce que, dans un certain sens, le monde de l’informatique quantique l’est.

doctorat étudiants Jaime Diaz et Taylor Begay-Wilson travaillé sur un projet en Chez Bertrand Cambou classe à l’aide du kit de développement logiciel ouvert d’IBM, appelé qiskit, pour mieux comprendre l’informatique quantique et ses concepts tels que les qubits, une unité de mesure pour le stockage d’informations en informatique quantique pour deux types de recherche distincts dans ce domaine émergent. Tout a commencé quand IBM, l’une des plus grandes sociétés technologiques au monde, a organisé un séminaire dans la classe de Cambou et a ouvert la porte aux étudiants pour qu’ils fassent du travail de codage avec IBM.

Vous pouvez considérer les ordinateurs quantiques comme des superordinateurs, bien qu’ils puissent ou non remplacer les ordinateurs classiques. Ils sont supérieurs à plusieurs égards, tels que l’exécution d’algorithmes de recherche rapide dans de grandes bases de données, la rupture de cryptosystèmes et la modélisation moléculaire, ce qui pourrait révolutionner la recherche médicale.

Diaz et Begay-Wilson ne se sont pas réveillés un jour et se sont mis à la recherche de l’un des domaines les plus critiques de la physique. Leurs voyages ont commencé quand ils étaient jeunes, et tous deux remontent à une personne passionnée encourageant la découverte personnelle et scientifique.

Taylor Begay-Wilson

Taylor Wilson-BegayBegay-Wilson a grandi à Red Mesa dans la nation Navajo. Parfois, il sentait qu’il y avait beaucoup de défis externes auxquels lui et sa famille devaient faire face, mais quand il est allé à l’école, il savait que le personnel enseignant était là pour aider les élèves à faire face à toute adversité qui pourrait se présenter à eux. Le personnel enseignant a souligné l’importance de l’enseignement supérieur et a clairement indiqué qu’il souhaitait voir ses étudiants s’épanouir.

“Même pour ceux qui ne voulaient pas être poussés sur le plan académique, il est devenu évident que le personnel enseignant voulait que leurs élèves excellent et établissent une présence en dehors de la réserve pour de plus grandes opportunités”, a déclaré Begay-Wilson. « Leur passion pour l’enseignement a grandi en moi et a éveillé ma curiosité. Ce sentiment de comprendre des sujets complexes comme la trigonométrie et de comprendre pleinement le matériel m’a donné un énorme sentiment d’accomplissement.

Au lycée Begay-Wilson, chaque année scolaire commençait par une conférence d’anciens élèves, donnant des discours de motivation pour inspirer les élèves à s’épanouir. Ces récents diplômés, qui mènent maintenant une carrière réussie dans diverses industries, partagent les histoires de leur propre succès et l’impact que leur éducation a eu sur eux.

“Depuis lors, c’est un rêve et un objectif pour moi d’être comme ces anciens conférenciers invités”, a-t-il déclaré. «Après avoir obtenu mon doctorat, je retournerai à mon école secondaire et donnerai un discours de motivation, semblable aux discours que j’ai entendus au fil des ans pour influencer la prochaine génération d’étudiants. Parce que je connais les luttes de ceux qui vivent dans la réserve, comme la façon dont la majorité vit dans la pauvreté, n’a ni électricité ni eau courante et fait face à l’alcoolisme, j’ai l’occasion de dire comment, malgré les difficultés de grandir dans la réserve, il y a est toujours l’occasion d’être du côté positif des statistiques.

Et il aura beaucoup à dire. Begay-Wilson se concentre sur l’expansion de la sécurité des ordinateurs. Grâce à un générateur de nombres aléatoires réels quantiques (QTRNG), où la nature imprévisible des qubits dans un état de superposition est exploitée, ils ont pu démontrer un véritable caractère aléatoire, qui peut être utilisé pour renforcer les schémas cryptographiques. Étant donné que l’informatique quantique aura éventuellement la puissance de traitement nécessaire pour casser les cryptosystèmes existants utilisés aujourd’hui, il est nécessaire de renforcer la sécurité dans laquelle l’approche est résistante quantique. C’est un domaine tellement nouveau que le hasard et la cryptographie post-quantique sont essentiels pour se défendre contre de telles attaques.

“D’ici la fin de cette année, IBM cherche à augmenter son nombre de qubits à 433 qubits, soit 2433 configurations possibles qui sont plus de configurations qu’il n’y a d’atomes dans l’univers observable ! dit Begay-Wilson.

Il espère travailler dans l’industrie émergente de la mémoire, peut-être travailler sur des recherches qui se déroulent sur des missions spatiales pour assurer la cybersécurité.

Jaime Diaz

Lorsque vous entendez parler de photosynthèse, vous pouvez simplement imaginer une plante verte captant la lumière du soleil, mais pas Diaz. Ses recherches portent sur le transfert d’énergie entre molécules dans les systèmes photosynthétiques artificiels. Les systèmes artificiels sont fabriqués en imitant les systèmes photosynthétiques présents dans la nature comme les plantes et les bactéries.

“L’idée générale est d’utiliser des qubits pour modéliser les interactions moléculaires, ou dans mon cas, le transfert d’énergie entre molécules artificielles”, a déclaré Diaz.

Il a toujours trouvé les mathématiques et les sciences intéressantes, mais ne les a jamais vraiment considérées comme un cheminement de carrière jusqu’au jour où son oncle l’a emmené à un événement au travail où Diaz a pu jouer avec de l’azote liquide et voir une image thermique de lui-même.

“À partir de ce moment, j’ai trébuché dans l’enseignement supérieur en tant qu’étudiant de première génération et maintenant dans des études supérieures”, a déclaré Diaz. Comment tombe-t-on dans le domaine en constante évolution des ordinateurs quantiques, vous vous demandez peut-être ?

“J’ai été convaincu à la dernière minute que je devrais essayer d’obtenir mon doctorat”, a-t-il déclaré. “Je faisais partie de quelques programmes visant à aider les minorités comme moi à progresser dans les STEM. L’un de mes mentors m’a poussé à postuler pour des études supérieures parce qu’ils ont vu du potentiel en moi, alors je l’ai fait.

Il a finalement choisi NAU parce que le programme de physique appliquée et de science des matériaux semblait être un choix parfait.

“Les gens de mon département sont des scientifiques exceptionnels et, plus important encore, des humains exceptionnels”, a-t-il déclaré. Voulant à l’origine être un expérimentateur, Diaz a été convaincu par son conseiller, professeur agrégé Inès Montañopour rejoindre son groupe qui fait principalement des travaux théoriques sur la physique quantique.

“La physique quantique est mon domaine préféré en physique en raison de la façon dont les choses deviennent étranges dans le régime quantique”, a déclaré Diaz. « J’étais très incertain de ce que je voulais faire comme recherche au début parce que je trouve tout extrêmement intéressant, c’est juste dans ma nature. Après quelques difficultés au début, mon projet de recherche actuel a été mis sur la table et j’ai rapidement compris que c’était ce que je voulais faire. Quelque chose à propos de l’utilisation de la physique quantique pour étudier les processus naturels est vraiment cool pour moi. Et maintenant, je ne suis plus aussi distrait par d’autres projets liés au quantique parce que je suis tellement investi dans celui-ci. »

Bien que Diaz n’ait pas précisé ce qu’il veut faire après l’obtention de son diplôme (il lui reste encore quelques semestres), il sait qu’il veut aider les groupes sous-représentés à poursuivre des études supérieures en STEM.

Les applications pour QC sont infinies. Cela pourrait remplacer les méthodes informatiques existantes, les ordinateurs classiques tels que nous les connaissons et même perturber toute l’ère de l’information, a déclaré Cambou.

« Notre travail consiste à préparer nos étudiants à avoir des carrières réussies. L’environnement évolue rapidement et les nouvelles technologies peuvent perturber le statu quo », a déclaré Cambou. “Par conséquent, nous voulons être sûrs que nos étudiants sont prêts à comprendre et à approuver ces changements, pour ne pas devenir les victimes d’un environnement toujours plus compliqué.”

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