courte présentation de l'informatique et de la 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 :