Information quantique : QInfo, une nouvelle équipe-projet sur cette thématique clé

La technologie quantique est en passe de bouleverser l’informatique et ses applications, de la cybersécurité à la simulation numérique, en passant par l’optimisation et l’intelligence artificielle.

En Auvergne Rhône-Alpes, deuxième région en pointe sur le quantique après l’Île-de-France, Inria se mobilise avec ses partenaires académiques et industriels afin d’anticiper les futures évolutions du numérique autour de l’algorithmique quantique.

Une équipe bilocalisée à Lyon et à Grenoble pour bénéficier de l’apport complémentaire des deux environnements de recherche

Cette nouvelle équipe-projet, conjointe aux centres Inria de Lyon et de l’Université Grenoble Alpes, s’appuie sur des partenaires, l’ENS de Lyon, l’Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL) et l’Université Grenoble Alpes. Les douze membres de l’équipe (chercheurs, enseignants chercheurs, doctorants, postdoctorants) sont répartis entre l’ENS de Lyon et le campus Minatec à Grenoble.

C'est la première équipe de recherche Inria en région Auvergne – Rhône-Alpes à s'intéresser à l'informatique et aux aspects mathématiques du traitement de l'information quantique.

L'équipe interdisciplinaire, composée de chercheurs en mathématiques, informatique et physique, est bilocalisée à Grenoble et à Lyon pour bénéficier des expertises complémentaires des différents membres :

• à Lyon les membres de l'équipe ont une formation plus orientée mathématique et apportent des outils essentiels tels que la géométrie convexe de grande dimension, l'optimisation, les inégalités d’entropie quantique pour le traitement théorique des ressources quantiques ;
• à Grenoble existent des collaborations plus étroites avec des physiciens, notamment de l’institut Néel, permettant d’apporter des idées et des ressources issues des fondements de la théorie quantique (comme les référentiels quantiques ou le contrôle cohérent).

L'équipe QInfo

Membres permanents de l’équipe :

Omar Fawzi, responsable de l’équipe QInfo (directeur de recherche, Inria) ;
Alastair Abbott (chargé de recherche, Inria) ;
Guillaume Aubrun (maître de conférences, UCBL) ;
Daniel Stilck França (Inria Starting Faculty Position, Inria) ;
Mischa Woods (chargé de recherche, Inria)

Des axes de recherche orientés vers une autre vision de l’algorithmique quantique

Les ordinateurs quantiques présenteront un potentiel important en termes de calcul, de communication et de cryptographie. Il est donc nécessaire de repenser l’informatique, en développant notamment de nouveaux algorithmes.

Les dispositifs de traitement de l'information, qui peuvent tirer parti des lois de la théorie quantique, disponibles aujourd'hui, sont tous affectés par des bruits indésirables : le comportement réel du dispositif ne correspond qu'approximativement au modèle pour lequel il a été conçu. Une telle déviation indésirable peut avoir des effets dévastateurs pour les applications de traitement de l'information : par exemple, dans le contexte du calcul quantique, l'accumulation de bruit peut rendre le résultat du calcul complètement inutile.

L’objectif de l’équipe-projet QInfo est donc de développer des techniques mathématiques et des algorithmes pour réduire efficacement l'effet indésirable causé par le bruit sur les tâches de traitement de l'information quantique.

Quelques-unes des questions auxquelles l’équipe va chercher à répondre :

• comment caractériser efficacement le modèle de bruit d'un dispositif quantique donné ?
• quel est le niveau de bruit maximal qui peut être toléré pour un algorithme donné tout en produisant un résultat utile ?
• quels modèles de bruit permettent la correction d'erreurs et la fiabilité ? et à quel prix ? Avec quelle efficacité en termes de calcul est-ce que les procédures de décodage associées peuvent être réalisées ? Comment trouver de nouveaux modèles de calculs pour lesquels l'effet du bruit peut être plus facilement réduit ?

Un domaine de recherche essentiel pour anticiper les évolutions de l’informatique de demain

Parmi les résultats envisagés par l’équipe :

• la conception de nouvelles méthodes pour caractériser et certifier les systèmes quantiques en présence de bruit ;
• de nouvelles applications en matière de calcul et de cryptographie pour les futurs dispositifs quantiques évoluant dans un environnement avec bruit ;
• l’amélioration des mécanismes de correction d'erreurs et de fiabilité au sein de futures architectures quantiques ;
• de nouveaux modèles de traitement de l'information quantique mettant en évidence des approches originales pour un avantage quantique.

Les travaux menés par l’équipe pourront donc bénéficier à plusieurs domaines d’applications : l’analyse de protocoles de cryptographie quantique, l’identification de nouvelles applications pour les ordinateurs quantiques,… et à l’application ultime : la réalisation d’un ordinateur quantique !