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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Qubit1. Principes quantiques
1.1 Dualité onde/particule
Nous présentons ici un bref résumé de l’histoire de l’informatique quantique.
Vers la fin du XIXe siècle, la physique classique montre ses limites. Elle se révèle impuissante pour expliquer certains phénomènes à l’échelle atomique, notamment le rayonnement du corps noir, ou l’effet photoélectrique.
Max Planck, en 1900, propose la notion de paquets d’énergie discrets, appelés quanta d’énergie, pour expliquer le rayonnement du corps noir. Cela marque la naissance de la mécanique quantique.
Reprenant l’idée, Albert Einstein, en 1905, postule que la lumière est composée de particules, des photons, dont l’énergie est quantifiée, et parvient ainsi à interpréter, et à expliquer, l’effet photoélectrique.
En 1913, Niels Bohr améliore le modèle planétaire de Rutherford, en proposant un modèle quantique de l’atome. Les électrons orbitent autour du noyau sur des niveaux d’énergie bien définis (discrets), et non plus continus comme dans le modèle de Rutherford.
Au début du XXe siècle, les scientifiques sont confrontés au problème de la dualité onde-corpuscule : la lumière, considérée comme une onde, peut se comporter comme un corpuscule (comme pour l’effet photoélectrique), tandis que les électrons, considérés comme des particules, pouvaient aussi interférer comme des ondes (expérience des fentes de Young, § 1.2).
En 1924, Louis de Broglie suggère que toute particule possède une nature ondulatoire caractérisée par une longueur d’onde liée à sa quantité de mouvement.
Erwin Schrödinger, inspiré par les travaux de de Broglie, cherche à décrire mathématiquement cette dualité onde-corpuscule. Il introduit une équation qui décrit l’évolution temporelle de la fonction d’onde, fonction qui représente l’état quantique d’un système.
La mécanique quantique prend forme en 1926 avec les travaux de Werner Heisenberg (mécanique matricielle) et de Schrödinger (équation de Schrödinger). Ces deux formulations, bien que différentes, sont équivalentes, et décrivent le comportement des particules à...
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Principes quantiques
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).
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...
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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