Réflexions quantiques

Nous vous proposons une série de textes accessibles rédigés par des membres de l’Institut quantique pour vous aider à mieux comprendre certains principes clés de la mécanique quantique.

Déchiffrer l'indéchiffrable

Chaque jour, une quantité monstrueuse d’information circule à travers Internet, connectant des utilisateurs d’un bout à l’autre du globe… et exposant des informations sensibles à des entités malveillantes. Heureusement, il existe plusieurs techniques visant à protéger ces informations.

Quand l'apprentissage automatique rencontre les algorithmes génétiques quantiques

Les modèles d’apprentissage automatique sont utilisés entre autres pour échanger des actions, filtrer les courriels indésirables de votre boîte de réception, assister les médecins à diagnostiquer des problèmes médicaux et soutenir les véhicules à conduite autonome. Les ordinateurs quantiques pourraient rendre l’apprentissage automatique encore plus puissant grâce à une voie prometteuse : les algorithmes génétiques quantiques.

En quête d'algorithmes pour mieux simuler les grandes molécules

Même si les ordinateurs quantiques sont encore imparfaits, on peut déjà tenter de les mettre à profit pour effectuer certains calculs impossibles à réaliser avec un ordinateur classique. Par exemple, en chimie, on cherche à s’en servir pour simuler des molécules afin de trouver leur énergie à l’état fondamental, c’est-à-dire à l’état où leur énergie est minimale.

Coloriage quantique

La théorie des graphes est une branche des mathématiques et de l’informatique qui étudie les relations entre des objets connectés. En quelque sorte, il s’agit de l’étude des réseaux et en permet l’analyse ainsi que la modélisation. Bien qu’on puisse décrire un graphe de manière mathématique, on utilise souvent une représentation visuelle composée d’un ensemble de points (appelés nœuds) et de liens (appelés arêtes) reliant ces point.

Évaluer des produits dérivés financiers avec l'informatique quantique

En raison de son caractère probabiliste, l’ordinateur quantique peut manipuler des distributions de probabilité de façon plus naturelle qu’un ordinateur classique. En principe, les propriétés du calcul quantique permettent d’obtenir des résultats plus précis et rapides pour déterminer la valeur de produits dérivés et ainsi, permettre des transactions optimales en termes de rendement.

Le vrai hasard

Dans la vie de tous les jours on parle souvent de hasard, mais qu’est-ce que le hasard en réalité ? Par définition, le hasard est un évènement imprévisible. Heureusement pour nous, la science moderne arrive à prédire la très grande majorité des phénomènes que l’on observe dans notre univers. La mécanique quantique à ceci de particulier que le hasard est ancré au cœur même de ses fondements puisque nous ne pouvons pas prédire le résultat d’une expérience à l’avance.

LE CALCUL QUANTIQUE APPLIQUÉ À LA RECHERCHE EN SUPRACONDUCTIVITÉ

L’une des grandes ambitions de la physique moderne est de trouver un matériau permettant la supraconductivité à haute température. En effet, dans un monde hautement dépendant de l’électricité et de plus en plus soucieux de son impact sur les changements climatiques, il serait révolutionnaire d’avoir des matériaux conduisant cette dernière sans perte d’énergie. C’est ce phénomène que l’on appelle la supraconductivité.

La finance quantique

Pour plusieurs, les marchés financiers sont surtout associés à une plateforme permettant aux investisseurs et aux gestionnaires d’actifs financiers de transiger des actions d’entreprises, ou encore des titres de dette souveraine comme les obligations émises par les différents paliers de gouvernement. Cependant, les marchés financiers permettent la transaction d’un éventail très large d’actifs financiers, notamment les produits dérivés. Déterminer un prix pour ces produits est une opération ardue. Ainsi, de nombreux intervenants de la finance de marché s’intéressent aux solutions inédites que l’ordinateur quantique pourrait offrir à ce problème.

Augmenter le bruit pour le diminuer, c’est logique!

On entend de plus en plus parler de l’informatique quantique et de son potentiel à surpasser la capacité de calcul de l’informatique classique. Cependant, il reste encore plusieurs étapes à franchir pour obtenir un avantage quantique dans la résolution d’un problème utile. Un des principaux enjeux est la présence de bruit. Dans cette réflexion quantique, nous explorons cet aspect crucial des ordinateurs quantiques actuels ainsi qu’une approche pour en atténuer l’impact sur le résultat des calculs.

Voir double grâce à l’intrication

Dans cette réflexion quantique, nous allons à nouveau utiliser la polarisation pour aborder un autre phénomène quantique : l’intrication. En particulier, nous allons décrire comment la biréfringence de certains cristaux peut être utilisée pour générer des photons dans des états intriqués.

La polarisation, c’est naturellement quantique!

Dans cette réflexion quantique nous verrons que la superposition quantique se manifeste très naturellement dans une propriété de la lumière : sa polarisation.

Résoudre un problème d’optimisation avec l’ordinateur quantique

Un défi bien connu dans la théorie des graphes consiste à en colorier les sommets en utilisant un nombre donné de couleurs tout en s’assurant que les paires de sommets connectés ne soient jamais de la même couleur. Dans cet article, nous tenterons de colorier un graphe illustré dans la figure 1 avec quatres couleurs différentes. Bien que ce problème puisse paraître trivial, le développement d’une méthode de solution efficace pouvant être utilisée sur des graphes de plus grandes tailles, pourrait permettre de résoudre des problèmes beaucoup plus complexes ayant des applications bien concrètes.

Atténuation des erreurs sur la mesure des qubits

La prolifération d’erreurs lors de l’exécution d’un circuit quantique est l’un des principaux défis de l’informatique quantique. Que ce soit des signaux qui disparaissent ou des erreurs de lecture, les systèmes quantiques actuels ne sont pas encore parfaits. Plutôt que de consacrer temps et énergie à fabriquer un ordinateur quantique infaillible, il est plus judicieux de minimiser l’impact de ces erreurs en utilisant l’atténuation d’erreur. Lorsqu’on parvient à comprendre les erreurs produites par un système, il devient possible d’arriver à les détecter pour ensuite limiter leur impact, voir même les corriger.

Dans cette réflexion quantique, nous nous intéresserons spécifiquement à l’atténuation des erreurs produites lors de la mesure de l’état des qubits.

Pile ou face quantique

La mécanique quantique est généralement qualifiée de bizarre et de mystérieuse. En pratique, notre difficulté à appréhender la logique quantique traduit simplement l’absence de phénomènes quantiques dans notre expérience de la réalité. Nous vous proposons ici de vous familiariser avec le phénomène de superposition quantique grâce à un jeu de pile ou face quantique.