ÉCOLE DOCTORALE STIM – MODULE DE FORMATION DOCTORALE PROPOSÉ PAR LE LARIS, UNIVERSITÉ D’ANGERS – ANNÉE 2016-2017

ÉCOLE DOCTORALE STIM – MODULE DE FORMATION DOCTORALE PROPOSÉ PAR LE LARIS, UNIVERSITÉ D’ANGERS – ANNÉE 2016-2017

Information quantique et calcul quantique – une introduction (15h) assuré par François CHAPEAU-BLONDEAU

Contexte, problématique : En sciences et technologies de l’information et de la communication (STIC), le quantique intervient lorsque l’on pousse les dispositifs physiques vers leurs limites, par la miniaturisation et autres avancées technologiques, comme avec les nanotechnologies par exemple. On se tourne aussi vers le quantique afin de tirer parti de propriétés spécifiques inexistantes en classique, qui offrent des possibilités radicalement nouvelles pour le traitement de l’information, et que l’on cherche à maîtriser pour les ordinateurs quantiques notamment.

Objectifs pédagogiques : Proposer une introduction, au niveau doctoral, sur l’information quantique et le calcul quantique, dans le contexte des STIC.

Description détaillée du contenu : Seront exposées, de façon progressive, des notions de base pour l’information quantique et le calcul quantique, avec des illustrations de leurs potentialités et apports spécifiques pour le traitement de l’information [1-4]. Seront aussi évoqués des questions actuellement ouvertes dans ce domaine de recherche, ainsi que des résultats récents d’information quantique obtenus au laboratoire LARIS de l’Université d’Angers [5-9]. Le cours de 15 heures se structurera selon le programme indicatif suivant :

– Espace de Hilbert des états quantiques. Mesures projectives. Observables. Le qubit.

– évolutions unitaires. Portes et circuits quantiques. Parallélisme, intrication.

– Algorithme de Deutsch-Jozsa pour le test parallèle d’une fonction.

– Codage superdense. Téléportation. Cryptographie quantique.

– Algorithme de recherche de Grover. Algorithme de Shor pour la factorisation.

– Corrélations quantiques non locales : expérience EPR, inégalités de Bell, états intriqués GHZ.

– Opérateur densité. Mesures généralisées.

– évolutions non unitaires. Décomposition de Kraus. Décohérence et bruits quantiques.

– Détection et estimation des états quantiques.

– Formulation quantique de la théorie statistique de l’information de Shannon.

[1] M. A. Nielsen, I. L. Chuang, « Quantum Computation and Quantum Information », Cambridge University Press, 2000.

[2] E. Desurvire, « Classical and Quantum Information Theory – An Introduction for the Telecom Scientist », Cambridge University Press, 2009.

[3] M. M. Wilde, « Quantum Information Theory », Cambridge University Press, 2013.

[4] C. H. Bennett, P. W. Shor, « Quantum information theory », IEEE Transactions on Information Theory, vol. 44, pp. 2724-2742, 1998.

[5] F. Chapeau-Blondeau; « Quantum state discrimination and enhancement by noise »; Physics Letters A, vol. 378, pp. 2128-2136, 2014.

[6] F. Chapeau-Blondeau; « Tsallis entropy for assessing quantum correlation with Bell-type inequalities in EPR experiment »; Physica A, vol. 414, pp. 204-215, 2014.

[7] F. Chapeau-Blondeau; « Optimization of quantum states for signaling across an arbitrary qubit noise channel with minimum-error detection »; IEEE Transactions on Information Theory, vol. 61, pp. 4500-4510, 2015.

[8] F. Chapeau-Blondeau; « Détection quantique optimale sur un qubit bruité »; Actes du 25ème Colloque GRETSI sur le Traitement du Signal et des Images, Lyon, France, 8-11 sept. 2015.

[9] F. Chapeau-Blondeau; « Optimizing qubit phase estimation »; Physical Review A, vol. 94, n° 022334,1-14, 2016.

Assuré à l’ISTIA, école d’Ingénieurs de l’Université d’Angers, 62 avenue Notre Dame du Lac, 49000 Angers,en salle 12 (RdC), 9h-12h30 et 14h-18h, les mercredis 22 et 29 mars 2017.
Description sur le site web de l’ED STIM, module STIM20, http://www.edstim.fr/formation-doctorale/modules-scientifiques/
Inscription sur le site web L’UNAM Docteur, http://ludoc.lunam.fr

Séminaire LARIS : vendredi 6 janvier 2017

Le vendredi 6 janvier aura lieu en salle du Conseil de l’ISTIA à 10h une présentation d’Arnaud MALAPERT :

« Embarrassingly parallel search pour la programmation par contraintes »
Nous étudions la parallélisation de la procédure de recherche de solution(s) d’un problème en Programmation Par Contraintes (PPC). Dans cet exposé, nous présentons la méthode nommée Embarrassingly Parallel Search (EPS). Cette méthode est basée sur la décomposition statique d’un problème en un très grand nombre de sous-problèmes disjoints qui sont ensuite résolus en parallèle par des unités de calcul avec très peu, voire aucune communication. Le principe d’EPS est d’arriver statistiquement à un équilibrage des temps de résolution de chaque unité de calcul afin d’obtenir une bonne répartition de la charge de travail. EPS a été implémenté dans plusieurs solveurs de contraintes : OR-tools, Gecode et Choco2. Dans nos expérimentations, nous nous intéressons à la recherche de toutes les solutions d’un problème de satisfaction de contraintes, à prouver qu’un problème n’a pas de solution, et à la recherche d’une solution optimale d’un problème d’optimisation sous contraintes. Nous évaluons notre approche sur différentes architectures (machine multi-coeur, centre de calcul, et cloud computing) et montrons qu’elle obtient souvent un gain linéaire en fonction du nombre d’unités de calcul. Une comparaison avec d’autres méthodes actuelles telles que le work stealing ou le portfolio montre qu’EPS obtient de meilleurs résultats. Pour conclure, nous discuterons des efforts entrepris pour développer une bibliothèque Java pour faciliter la parallélisation des solveurs de contraintes existants.

Arnaud Malapert a obtenu un doctorat d’Informatique de l’université de Nantes en 2011 intitulé « Techniques d’ordonnancement d’atelier et de fournées basées sur la programmation par contraintes ». Depuis 2012, Il est maître de conférences à l’université Nice Sophia Antipolis. Ses thèmes de recherche s’articulent autour de la programmation par contraintes, de la recherche opérationnelle, et de la conception et de l’implémentation des solveurs de contraintes.