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Informatique fondamentale - juin 2012




             Programmation Quantique




Nicholas CHARRIERE
Les origines
 Une recherche incessante d’optimisation des calculs
 La théorie de l’ordinateur quantique
 La possibilité de combiner les propriétés fortes de la
  mécanique quantique, au calcul appliqué

 Un domaine qui reste très théorique, vu l’absence
  d’ordinateur fictif

 Opposition quantique / éléctricité
Comment définir la
    programmation quantique

 Un ensemble de langages de programmation
  quantiques…

 Qui permettent l’implémentation d’algorithmes
  quantiques

 Utilisant des qubits, et fonctionnant sur des ordinateurs
  quantiques

 Qui supplanteraient les machines de Turing en
  puissance
Phénomènes quantiques
            utiles
 L’intrication quantique : l’état quantique de deux
  éléments doit être décrit globalement, malgré une
  séparation physique possible des objets

 La superposition : on décrit la position d’une particule
  comme une CL infinie de vecteurs  probabilités de
  présence dans différents endroits

 On ne se base plus sur des bits, mais sur des qubits
Les qubits
 Qubit = quantum + bit : plus petite unité de stockage en
   informatique quantique
 Composé d’une superposition des deux états de base (brakets)
 État A.|0> + B.|1> , et la norme au carré de A et B donnent les
   probabilités de mesurer les états
 Duplication impossible  cryptographie
 La mesure de l’état renvoie (1,0) ou (0,1)…
 …mais on peut transporter l’information grâce à la téléportation
   quantique
 Représentation : spin, niveau d’énergie, polarisation d’un photon
Intérêt

 Puissance d’un ordinateur quantique est exponentielle
  par rapport au nombre de qubits

 Avec n qubits  2n états possibles
 On fait un calcul parallèle sur ces 2n états !
Langages de programmation
         quantique
 Ils sont nombreux, très étudiés dans la recherche
 Permettent de manipuler les qubits, et faire des
  opérations

 Exemples :
     Q (orienté objet)
     qGCL (quantum guarded command language)
     QFC
     QML
Quantum Computing
         Language (QCL)
 Le langage le plus connu, un des premiers, et sa
  syntaxe ressemble au C

 Possibilité de combiner du langage quantique et
  classique dans le même code source

 Type de donnée de base: qureg (registre de qubits)
QCL (2)
 Avec une librairie qulib, on peut observer l’état :




 Mais surtout, on peut définir des fonctions :

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Programmation quantique

  • 1. Informatique fondamentale - juin 2012 Programmation Quantique Nicholas CHARRIERE
  • 2. Les origines  Une recherche incessante d’optimisation des calculs  La théorie de l’ordinateur quantique  La possibilité de combiner les propriétés fortes de la mécanique quantique, au calcul appliqué  Un domaine qui reste très théorique, vu l’absence d’ordinateur fictif  Opposition quantique / éléctricité
  • 3. Comment définir la programmation quantique  Un ensemble de langages de programmation quantiques…  Qui permettent l’implémentation d’algorithmes quantiques  Utilisant des qubits, et fonctionnant sur des ordinateurs quantiques  Qui supplanteraient les machines de Turing en puissance
  • 4. Phénomènes quantiques utiles  L’intrication quantique : l’état quantique de deux éléments doit être décrit globalement, malgré une séparation physique possible des objets  La superposition : on décrit la position d’une particule comme une CL infinie de vecteurs  probabilités de présence dans différents endroits  On ne se base plus sur des bits, mais sur des qubits
  • 5. Les qubits  Qubit = quantum + bit : plus petite unité de stockage en informatique quantique  Composé d’une superposition des deux états de base (brakets)  État A.|0> + B.|1> , et la norme au carré de A et B donnent les probabilités de mesurer les états  Duplication impossible  cryptographie  La mesure de l’état renvoie (1,0) ou (0,1)…  …mais on peut transporter l’information grâce à la téléportation quantique  Représentation : spin, niveau d’énergie, polarisation d’un photon
  • 6. Intérêt  Puissance d’un ordinateur quantique est exponentielle par rapport au nombre de qubits  Avec n qubits  2n états possibles  On fait un calcul parallèle sur ces 2n états !
  • 7. Langages de programmation quantique  Ils sont nombreux, très étudiés dans la recherche  Permettent de manipuler les qubits, et faire des opérations  Exemples :  Q (orienté objet)  qGCL (quantum guarded command language)  QFC  QML
  • 8. Quantum Computing Language (QCL)  Le langage le plus connu, un des premiers, et sa syntaxe ressemble au C  Possibilité de combiner du langage quantique et classique dans le même code source  Type de donnée de base: qureg (registre de qubits)
  • 9. QCL (2)  Avec une librairie qulib, on peut observer l’état :  Mais surtout, on peut définir des fonctions :