Session "Recherche et défis en informatique quantique" le 2 juin 2021

Le programme français d’informatique quantique. La contribution d’Inria. Perspectives.

• Harold Ollivier (direction scientifique Inria)

L’accélération des développements expérimentaux et la prise de conscience des enjeux de sécurité posés par les ordinateurs quantiques a déclenché des investissements R&D importants dans beaucoup de pays développés. Inria a commencé à travailler sur l’informatique quantique il y a vingt ans et a maintenant une ambition affirmée dans ce domaine – désormais soutenue par le plan national quantique. Je ferai une brève introduction sur les forces en présence à Inria et l’articulation avec le plan quantique.

Harold Ollivier est chercheur en traitement de l’information quantique ; Head of QuantumTech à Inria.

Après une thèse en informatique (École polytechnique) et un DEA en physique théorique (ENS), puis une première expérience en recherche de 2001 à 2006 (H. Ollivier a développé une activité dans le capital risque). Il revient en 2019 dans le secteur académique, au LIP Sorbonne université puis tout récemment à Inria où il dirige des recherches en informatique quantique.

Les concepts de base du calcul quantique

• Anthony Leverrier (projet COSMIQ Inria Paris)

Depuis la découverte de l’algorithme de factorisation d’entiers par Shor en 1994 et de son impact considérable sur la cryptographie moderne, l’ordinateur suscite de nombreux fantasmes. Deux grandes questions encore largement ouvertes aujourd’hui concernent l’étendue de ses applications potentielles et la question de sa construction.

Dans cet exposé, j’introduirai les concepts de base du calcul quantique puis évoquerai les algorithmes historiques de Shor pour la factorisation et de Grover pour la recherche dans une base de données, ainsi que des découvertes plus récentes comme l’algorithme HHL pour la résolution de systèmes linéaires et ses applications dans le domaine de l’intelligence artificielle.

Anthony Leverrier est chercheur en théorie de l’information quantique à Inria de Paris au sein de l’équipe SECRET. Il a obtenu un doctorat de Telecom ParisTech en 2009 sous la direction de Gilles Zémor et Philippe Grangier.  A. Leverrier a fait un postdoctorat à l’ICFO dans le groupe d’Antonio Acín en 2010-2011 et a passé un an à l’ETH Zürich dans le groupe de Renato Renner.

• Mazyar Mirrahimi (projet QUANTIC Inria Paris)

Vers un processeur quantique tolérant aux fautes. Recherches menées par les GAFAM et les startups

Le domaine de l’information quantique a considérablement progressé au cours des dernières décennies. De nombreuses expériences de démonstration de principe sur des systèmes quantiques à petite échelle (peu de degrés de liberté physiques) ont été réalisées dans divers cadres physiques tels que la RMN (résonance magnétique nucléaire), les ions piégés, l’optique linéaire et les circuits supraconducteurs.

En dépit de toutes ces réalisations, et pour en faire une technologie utile, une étape importante de mise à l’échelle est nécessaire pour les protocoles à plusieurs qubit (bits quantiques). Le principal obstacle ici est la destruction de la cohérence quantique (appelée décohérence) due à l’interaction du système quantique avec son environnement. La prochaine étape critique dans le développement de l’information quantique est très certainement la correction active d’erreurs. À travers cette étape, on conçoit, en utilisant éventuellement de nombreux qubits physiques, un qubit logique codé qui est protégé contre les canaux de décohérence majeurs et admet donc un temps de cohérence effectif nettement plus long qu’un qubit physique.

Dans cet exposé, je vais parcourir quelques solutions poursuivies par des acteurs académiques et industriels afin de réaliser un processeur quantique qui tolère des erreurs induites par la décohérence.

Mazyar Mirrahimi, mathématicien, a obtenu très tôt dans sa carrière des résultats marquants sur l’identification en chimie quantique et le contrôle de systèmes quantiques pour la métrologie de précision. Ses travaux théoriques récents sur les cavités quantiques ont permis à une équipe de physiciens de piéger un petit nombre de photons aussi longtemps que désiré ; c’est une étape importante pour les mémoires des futurs ordinateurs quantiques.

Les défis liés à la programmation des ordinateurs quantiques : les modèles de calcul, les langages,…

• Simon Perdrix (projet MOCQA Inria Nancy)

Le développement des technologies quantiques fait entrer l’informatique quantique dans une nouvelle ère, celle où les premiers prototypes d’ordinateurs quantiques commencent à être disponibles. Il est donc impératif de développer une ‘pile quantique’ permettant d’utiliser l’ordinateur quantique. Nous présenterons cette pile quantique avec ses enjeux et ses défis.

Les couches les plus hautes sont dédiées aux langages de programmation quantique permettant l’élaboration de nouveaux algorithmes quantiques et la constitution de bibliothèques d’algorithmes, mais aussi le développement d’outils pour la vérification de programmes et l’estimation de ressources. Les couches intermédiaires sont le lieu de l’optimisation de code. L’objectif est également de transformer ce code pour le rendre robuste aux erreurs et compatible avec les différentes technologies, architectures et modèles du calcul possibles, qui constituent les couches les plus basses de la pile.

Chercheur CNRS en informatique quantique, Simon Perdrix intègre l’équipe MOCQUA au Loria en 2013. Il a obtenu son HDR de l’université de Lorraine, son doctorat du Laboratoire Leibniz, Grenoble-INP, et maîtrise de l’université Joseph Fourier. Il est ancien élève de l’École normale supérieure de Cachan et de l’ENSIMAG.