Conférence « Comprendre l'informatique quantique »

Le mardi 10 octobre, de 12h30 à 14h30, dans la salle Larrañeta de l'École supérieure technique d'ingénierie de l'Université de Séville, le professeur Dr. Abbas Omar, professeur émérite de l'Université Otto von Guericke de Magdebourg (Allemagne), donnera la conférence suivante, organisée dans le cadre du programme doctoral en ingénierie automatique, électronique et des télécommunications : « Comprendre l'informatique quantique ».

Résumé : Les ordinateurs classiques reposent sur le codage binaire des données numériques. Les codes binaires sont traités par l'algèbre booléenne à l'aide de circuits électriques numériques appelés portes logiques. Ces dernières sont des configurations simples de transistors et d'autres composants électroniques (résistances, condensateurs, etc.). Le fonctionnement des portes logiques est régi par la théorie des circuits, une forme simplifiée de l'électromagnétisme classique. Dans les années 1960, une observation, aujourd'hui connue sous le nom de « loi de Moore », prédit un doublement du nombre de composants (principalement des transistors) dans un circuit intégré tous les deux ans. Sur cette base, la miniaturisation des transistors à l'échelle moléculaire a été prédite (les transistors les plus performants peuvent être aussi petits que quelques atomes), ce qui remet en cause la théorie des circuits comme outil mathématique pour décrire le fonctionnement des portes logiques. Ceci a incité plusieurs scientifiques, au début des années 1980, à envisager de remplacer ces éléments constitutifs des ordinateurs classiques par ce que l'on appelle les portes quantiques. Le fonctionnement de ces derniers est entièrement régi par les lois de la mécanique quantique. Les ordinateurs dont les briques élémentaires sont des portes quantiques sont appelés ordinateurs quantiques. Les lois classiques (de la mécanique ou de l'électromagnétisme) étant un cas particulier des lois quantiques, plus complètes, il est devenu évident que les ordinateurs quantiques peuvent implémenter des algorithmes inaccessibles aux ordinateurs classiques. Ceci a incité les scientifiques à développer de tels algorithmes et les centres de recherche et développement à concevoir et construire les solutions matérielles correspondantes. Les matériels développés par IBM et Google en sont des exemples notables. La plupart des approches utilisées pour expliquer l'informatique quantique reposent sur les concepts très théoriques de la mécanique quantique. La terminologie employée est difficilement compréhensible pour la majorité du public intéressé, qui ne possède que des connaissances générales sur le sujet. Dans certains cas, on en vient à croire, à tort, que cette « machine magique » est capable de résoudre tous les problèmes de calcul beaucoup plus efficacement et beaucoup plus rapidement que l'ordinateur classique. Dans cet exposé, seuls les outils et la terminologie mathématiques de niveau universitaire sont utilisés pour expliquer les concepts fondamentaux de l'informatique quantique et le fonctionnement du matériel correspondant : l'ordinateur quantique. Les principales différences entre la mécanique classique et la mécanique quantique seront brièvement passées en revue. Il sera démontré que les variables dynamiques quantiques, telles que la position et l'impulsion dans les systèmes mécaniques, ainsi que la tension et le courant dans les circuits électriques, se comportent comme des signaux aléatoires et non déterministes, dont les propriétés peuvent servir à véhiculer de l'information. Il sera également démontré que ces signaux aléatoires peuvent être stockés et traités dans ce que l'on appelle des qubits. Ces derniers sont l'équivalent quantique des bits classiques. La réalisation matérielle des qubits sous la forme de circuits supraconducteurs – les transmons – sera expliquée. D'autres réalisations de qubits, telles que les ions piégés et les points quantiques, ne seront pas abordées. En raison de l'impossibilité d'isoler complètement les systèmes dynamiques de leur environnement, le bruit thermique et les variables dynamiques quantiques, étant tous deux des signaux aléatoires, interagissent. Contrairement aux signaux déterministes, le bruit (ou corruption) Il détériore une propriété statistique essentielle des variables dynamiques quantiques en interaction : la cohérence. Cette dernière est une sorte de « mémoire » qui permet aux différentes variables dynamiques quantiques de se « mémoriser » les unes des autres. L’utilisation de systèmes quantiques pour le codage et le traitement de l’information nécessite donc de refroidir ces systèmes à une température très proche du zéro absolu (0 K) afin de réduire l’impact du bruit sur la cohérence. Les erreurs de codage et de traitement dues à la détérioration de la cohérence peuvent également nécessiter des techniques de correction d’erreurs similaires à celles utilisées en codage de canal. Brève biographie du conférencier ( https://www.hf.ovgu.de/Team/Emeriti/Abbas+Omar.html ) : Abbas Omar a obtenu ses diplômes de licence, de maîtrise et de doctorat en génie électrique respectivement en 1978, 1982 et 1986. Professeur de génie électrique depuis 1990, il a dirigé la chaire de génie des micro-ondes et des communications à l’Université de Magdebourg (Allemagne) de 1998 à 2020, date de son départ à la retraite. En 2012 et 2013, il a été professeur émérite à l’Institut du pétrole d’Abu Dhabi, où il a coordonné les activités de recherche pour l’industrie pétrolière et gazière. En 2014 et 2015, il a présidé le département de génie électrique et informatique de l’Université d’Akron (Ohio, États-Unis). Le Dr Omar est l’auteur et le co-auteur de plus de 480 articles techniques couvrant un large éventail de domaines de recherche. Ses recherches et son enseignement actuels portent sur les effets sanitaires des rayonnements millimétriques, l'informatique quantique, les réseaux d'antennes à commande de phase et la formation de faisceaux pour les systèmes MIMO massifs, ainsi que l'imagerie par résonance magnétique. Il a également enseigné par le passé dans d'autres disciplines, notamment l'imagerie micro-ondes et acoustique, la caractérisation des matériaux par micro-ondes et ondes millimétriques, le positionnement en intérieur, la tomographie du sous-sol et le géoradar, ainsi que la modélisation théorique des systèmes et composants micro-ondes. Le Dr Omar est membre de l'IEEE.