Génie Quantique

Physique pour l’Ingénierie Quantique

Description : Le cours Physique de l’Ingénierie Quantique offre aux étudiants une compréhension approfondie des systèmes quantiques ouverts et des effets de la dissipation et du bruit sur les architectures quantiques. S’appuyant sur le formalisme de la matrice densité, le cours introduit les principes nécessaires pour décrire les états quantiques mixtes et la dynamique réaliste des dispositifs quantiques. Les étudiants étudient les mécanismes physiques responsables de la décohérence et de la relaxation énergétique, qui constituent des limitations centrales dans les technologies quantiques pratiques, et apprennent comment ces effets influencent le fonctionnement des circuits quantiques et des systèmes de communication quantique.

Un volet clé du cours est l’équation maîtresse de Lindblad, présentée comme un cadre général pour la modélisation des dynamiques quantiques dissipatives et bruitées. Les étudiants acquièrent une expérience dans l’application de ce formalisme pour analyser des systèmes quantiques dans des conditions réalistes, y compris des configurations multipartites et des architectures de qubits couplés. Le cours situe également ces concepts dans un contexte scientifique et technologique plus large, en mettant l’accent sur les développements contemporains en calcul quantique, communication quantique et dispositifs quantiques émergents. À l’issue du cours, les étudiants possèdent à la fois une compréhension théorique et des compétences pratiques pour modéliser, analyser et interpréter la dynamique de systèmes quantiques affectés par le bruit et la dissipation, les préparant à des études avancées ou à la recherche en ingénierie quantique.

Bibliographie :

  • Ref1 : C. Gardiner and P. Zoller, Quantum noise (Springer-Verlag) (2004)
  • Ref2 : M. Joffre, Physique Quantique Avancée. Cours de lEcole Polytechnique (2023)
  • Ref3 : M.A. Nielsen I.L. Chuang, Quantum Computation and Quantum Information, Cambridge University Press (2010)

Acquis d’apprentissage : AA1 : Manipulation et calcul avec le formalisme de la matrice densité pour les états quantiques purs et mixtes – AA2 : Modélisation et analyse des systèmes quantiques ouverts, incluant les dynamiques dissipatives et les effets du bruit sur les architectures quantiques – AA3 : Connaissance des technologies actuelles utilisées par les ordinateurs quantiques (dispositifs NISQ) et compréhension de leurs limitations dues à la dissipation et au bruit – AA4 : Application de l’équation maîtresse de Lindblad pour simuler et analyser les dynamiques quantiques réalistes et les circuits quantiques élémentaires soumis à la dissipation – AA5 : Capacité à modéliser, simuler et interpréter la performance des systèmes quantiques, incluant l’intrication (entanglement) et l’entropie dans des systèmes multipartites, en tenant compte des effets de dissipation et de bruit.

Modalités d’évaluation : Examen Ecrit et Contrôle Continu

Compétences évaluées :

  • Modélisation Physique

Responsable de cours :

  • Thomas Tuloup
  • Corentin Bertrand

Identifiant Geode : SPM-PHY-016

CM :

  1. Formalisme de la matrice densité et systèmes multi-parties (4.5 h)
  2. Quantification des phénomènes vibratoires et Introduction à l’optique quantique-1/3 (3.0 h)
  3. Quantification des phénomènes vibratoires et Introduction à l’optique quantique-2/3 (3.0 h)
  4. Quantification des phénomènes vibratoires et Introduction à l’optique quantique3/3 (1.5 h)
  5. Intrication quantique, Mesure et Décohérence (3.0 h)

TD :

  1. Formalisme de la matrice densité et systèmes multi-parties (1.5 h)
  2. Quantification des phénomènes vibratoires et Introduction à l’optique quantique-1/3 (1.5 h)
  3. Quantification des phénomènes vibratoires et Introduction à l’optique quantique-2/3 (1.5 h)
  4. Quantification des phénomènes vibratoires et Introduction à l’optique quantique-3/3 (1.5 h)
  5. Intrication quantique, Mesure et Décohérence-1/2 (1.5 h)
  6. Intrication quantique, Mesure et Décohérence-2/2 (1.5 h)