Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
L'informatique quantique est un domaine en constante expansion. Elle se base sur les principes de la mécanique quantique pour effectuer des calculs. Contrairement aux ordinateurs classiques qui utilisent des bits représentant des 0 ou des 1, les ordinateurs quantiques utilisent des qubits. Les qubits peuvent représenter un 0 ou un 1 mais aussi une superposition des deux grâce à un phénomène quantique appelé superposition. Cette particularité permet aux ordinateurs quantiques de traiter beaucoup plus d'informations simultanément, et donc bien plus rapidement que les ordinateurs classiques. Ils pourront résoudre des problèmes actuellement insolubles par les ordinateurs classiques dans un temps raisonnable. Cet article vous permettra d’assimiler les concepts de base de l’informatique quantique ainsi que les algorithmes les plus connus. Vous apprendrez à programmer un ordinateur quantique, à simuler le fonctionnement de votre programme avant de l’exécuter sur un véritable ordinateur quantique.
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Frédéric LEMOINE : Docteur et Ingénieur en informatique
INTRODUCTION
L'informatique quantique est un domaine en constante expansion. Elle se fonde sur les principes de la mécanique quantique pour effectuer des calculs. Contrairement aux ordinateurs classiques, qui utilisent des bits représentant des 0 ou des 1, les ordinateurs quantiques utilisent des qubits. Un qubit peut représenter un 0 ou un 1, mais aussi une superposition des deux, grâce à un phénomène quantique appelé superposition.
Cette particularité permet aux ordinateurs quantiques de traiter simultanément beaucoup plus d’informations que les ordinateurs classiques. Ils pourront résoudre des problèmes actuellement insolubles par les ordinateurs classiques en un temps raisonnable. Ils permettront, par exemple, de développer de nouvelles méthodes de cryptage plus sûres, de simuler l’assemblage des molécules pour découvrir de nouveaux médicaments, de casser les systèmes de cryptage actuels, ou d’améliorer les algorithmes d’apprentissage machine de l’Intelligence artificielle.
L’ordinateur quantique repose sur trois concepts : le qubit, la superposition (le fait d’être dans un état combinaison de 0 et de 1) et l’intrication quantique. Deux qubits, ou plus, peuvent, en effet, être intriqués, c’est-à-dire qu’ils sont liés d’une manière telle que leurs états sont corrélés. Mesurer l’état d’un des qubits affecte instantanément l’état de l’autre, quelle que soit la distance qui les sépare.
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Conclusion5. Applications et algorithmes
5.1 Communication par codage super-dense
Le codage super-dense est une technique de communication quantique, qui permet de transmettre plus d’informations qu’il n’y a de qubits utilisés, en exploitant l’intrication quantique. Nous allons voir, sur un exemple, qu’il permet de transmettre deux bits d’information en utilisant un seul qubit, ce qui est impossible avec la communication classique.
De plus, l’intrication quantique offre une certaine sécurité, car toute tentative d’interception du message perturberait l’état quantique des particules, ce qui serait détectable. En effet, on pourrait avoir le scénario suivant :
-
Alice veut transmettre un message à Bob. Celui-ci lui demande quel est son animal familier préféré. Alice lui répond en envoyant un qubit |0> pour « chien » et |1> pour « chat » ;
-
en mesurant le qubit, Bob connait la réponse d’Alice : 0 pour « chien » et 1 pour « chat » ;
-
une espionne, « Eve », peut intercepter la conversation et lire le qubit, le mesurer et connaître ensuite la réponse d’Alice. Ce qubit n’est alors plus utilisable, puisque la mesure a été faite dessus. Pour ne pas se faire repérer, elle recrée alors un autre qubit, fondé sur la réponse, et l’envoie à Bob, qui n’aurait rien vu.
Nous nous proposons donc d’améliorer la sécurité de la communication en utilisant l’informatique quantique.
Le codage utilisé est étendu, car nous utilisons deux qubits :
-
00 pour « chien » ;
-
01 pour « chat » ;
-
10 pour « hamster »
-
11 pour « lapin ».
Voici le schéma général.
-
Préparation de l’état de Bell
Quelqu’un prépare un état de Bell
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Applications et algorithmes
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - * - https://quantum.ibm.com/composer
-
(2) - * - https://algassert.com/quirk
-
(3) - LE BELLAC (M.) - Introduction à l’information quantique. - Belin (2005).
-
(4) - JOHNSTON (E.R.), HARRIGAN (N.), GIMENO-SEGOVIA (M.) - Programming Quantum Computers : Essential Algorithms and Code Samples. - O’Reilly Media (2019).
-
(5) - WEAVER (J.L.), HARKINS (F.J.) - Qiskit Pocket Guide : Quantum Development with Qiskit. - O’Reilly Media (2022).
-
(6) - PRIEUR (B.) - Informatique quantique - De la physique quantique à la programmation quantique en Q#. - Éditions ENI (2019).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
IBM quantum learning : site d’apprentissage des bases de l’informatique quantique et des services et systèmes IBM Quantum pour résoudre des problèmes du monde réel.
https://learning.quantum.ibm.com/
IBM quantum composer : simulateur quantique d’IBM.
https://quantum.ibm.com/composer
Q# : langage de programmation de Microsoft pour les ordinateurs quantiques.
https://learn.microsoft.com/fr-fr/azure/quantum/qsharp-overview
Sphère de Bloch : simulation et visualisation d’un qubit via une sphère de Bloch. https://www.utc.fr/~wschon/sr06/demonstrateur-algorithmes-quantiques-master/website/_site/qubitAnimation.html
Qiskit : langage de programmation quantique d’IBM.
https://www.ibm.com/quantum/qiskit
OpenQASM : OpenQASM (Open Quantum Assembly Language) est une interface de programmation indépendante de la machine et compatible avec les QPU IBM.
https://docs.quantum.ibm.com/guides/introduction-to-qasm
Quirk : simulateur de circuit quantique.
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