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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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3. Portes quantiques
3.1 Portes quantiques sur un seul qubit
Une porte quantique est un opérateur, qui transforme un système quantique en un autre. C’est un circuit quantique élémentaire opérant sur un certain nombre de qubits. Les portes quantiques sont les briques de base des circuits quantiques.
Une porte quantique est l’équivalent quantique d’une porte logique classique. Dans un ordinateur classique, les portes logiques effectuent des opérations sur des bits (0 ou 1) pour réaliser des calculs. Dans un ordinateur quantique, les portes quantiques opèrent sur des qubits, qui peuvent être dans une superposition d’états.
Une porte quantique permet de réaliser des opérations unitaires sur ces qubits, c’est-à-dire des transformations qui conservent la norme du vecteur d’état, et, contrairement à de nombreuses portes logiques classiques, les portes quantiques sont aussi réversibles, c’est-à-dire que leur opération (leur effet), peut être inversée.
Les portes logiques peuvent donc être décrites comme des matrices unitaires de taille 2n × 2n, où
est le nombre de qubits sur lesquels la porte s’applique.
La porte X, ou porte NOT, transforme un état
en
, et réciproquement (figure 5) :
Ci-dessus : Application d’une porte X (symétrie de
...
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Portes quantiques
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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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