Description
Date depot: 9 janvier 2024
Titre: Avantage du calcul quantique photonique dans le cadre de l’apprentissage automatique.
Directrice de thèse:
Elham KASHEFI (LIP6)
Domaine scientifique: Sciences et technologies de l'information et de la communication
Thématique CNRS : Algorithmique quantique
Resumé: Ce projet de doctorat est dans le domaine de l’information quantique. En utilisant des systèmes quantiques pour encoder l’information, il devient possible de la traiter en faisant évoluer et en manipulant ces systèmes conformément aux lois de la mécanique quantique. Cette approche ouvre de grandes perspectives pour exploiter des comportements non classiques en vue de révolutionner le traitement de l’information. On peut ainsi espérer des gains substantiels en termes de puissance de calcul, une sécurité accrue, ainsi qu’une communication plus efficace, entre autres avantages. Un point de départ courant dans le domaine de l’information quantique consiste à encoder l’information avec des qubits, qui peuvent être représentés par n’importe quel système quantique à deux niveaux. Ces qubits sont l’équivalent direct des bits classiques et peuvent être manipulés de manière similaire grâce à un ensemble universel d’opérations unitaires appelées "portes logiques (quantiques)". Cependant, une grande partie de la littérature théorique se désintéresse de la technologie sous-jacente et se concentre sur des modèles abstraits, ignorant ainsi les propriétés intéressantes qu’une technologie peut offrir. Cette approche n’est pas non plus adaptée à une modélisation réaliste des expérimentations en laboratoire ni à l’exploitation optimale de la technologie quantique dans la période actuelle, caractérisée par des systèmes de taille intermédiaire et du bruit (ère du "NISQ" : noisy-intermediate scale quantum). Ces dernières années, les avancées des technologies quantiques ont été particulièrement significatives, stimulées par les efforts renouvelés de la communauté de la recherche universitaire et l’intégration croissante de ces technologies dans l’industrie. Une véritable course est en cours pour le développement à la fois d’ordinateurs quantiques de taille intermédiaire et d’ordinateurs quantiques universels résistants aux erreurs. Une diversité de technologies pour le développement de l’information quantique est actuellement explorée, parmi lesquelles les ions piégés, les atomes froids, les circuits supraconducteurs, les photons, pour ne citer qu’elles. Parmi ces technologies, les photons occupent une place privilégiée, car quel que soit le choix technologique, il sera finalement nécessaire de connecter entre eux les processeurs quantiques via des liens photoniques. De plus, étant le seul support viable pour la communication de l’information quantique, il est inévitable que certaines données quantiques doivent être traitées à l’aide de photons. Même si la technologie photonique ne devenait pas la principale technologie pour la conception d’un ordinateur quantique, l’étude des propriétés des photons pour le traitement de l’information s’avère donc essentielle. Les photons présentent également d’autres caractéristiques désirées pour la conception d’un ordinateur quantique, notamment l’absence de décohérence dans les milieux transparents, c’est-à-dire la capacité à préserver leurs états quantiques, ainsi que la possibilité de traiter l’information à température ambiante.
Résumé du sujet de thèse et objectifs: Cette thèse a pour objectif premier la recherche d’algorithmes utiles – c’est-à-dire exhibant un avantage quantique rigoureusement démontrable – dans le modèle de calcul photonique. Plus précisément, il s’agit d’explorer les capacités des ordinateurs quantiques photoniques à surpasser les performances des ordinateurs classiques dans le contexte de l’apprentissage machine. À cette fin, une étude précise des régimes pour lesquels il existe des techniques de simulation classique des machines quantiques est nécessaire. Le cas échéant, il conviendra de rendre compte de l’existence d’algorithmes utiles déjà établi. Une attention particulière sera également portée à la pertinence des problème étudiés, afin d’éviter les problèmes dits ad-hoc.
Doctorant.e: Thomas Hugo