02 - Algorithmes quantiques

Frédéric MagniezCollège de FranceInformatique et sciences numériques (chaire annuelle)Année 2020-2021Algorithmes quantiques

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Frédéric MagniezCollège de FranceInformatique et sciences numériques (chaire annuelle)Leçon inaugurale : Algorithmes quantiques : quand la physique quantique défie la thèse de Church-TuringTous les calculs informatiques sont actuellement exécutés sur des ordinateurs contraints par les lois de la physique newtonienne, dite encore physique classique. Cependant, comme l'a suggéré Richard Feynman dans les années 80, un ordinateur quantique pourrait tirer profit des phénomènes de superposition et d'intrication de la physique quantique afin d'accélérer ses calculs. Alors que des prototypes d'ordinateur quantique encore très limités voient progressivement le jour, start-up, grandes entreprises du numérique et aussi gouvernements orientent peu à peu leur recherche, stratégie et financement afin d'être prêts à exploiter le potentiel de ce futur ordinateur.En partant des premiers paradoxes quantiques, la leçon inaugurale et le cours prononcé dans le cadre de cette chaire présenteront les fondements de la cryptographie et de la communication quantiques. Ensuite, nous introduirons les concepts du calcul quantique par le biais des circuits, qui nous permettront de présenter les principales méthodes algorithmiques quantiques : mise en évidence de propriétés algébriques permettant de déchiffrer les messages secrets, et optimisation ouvrant la voie à un vaste champ d'applications algorithmiques. Puis nous aborderons les limites du calcul quantique, qu'elles soient théoriques ou liées aux technologies actuelles. Enfin, nous terminerons en décrivant une partie de la recherche actuelle motivée par l'utilisation à court terme de prototypes d'ordinateurs quantiques limités, mais pouvant potentiellement trouver des applications concrètes, comme notamment en intelligence artificielle ou encore en usage décentralisé de type Internet.