Programmation Quantique

Introduction à la Programmation et l’Algorithmique Quantique

Description : Ce cours de Programmation et d’Algorithmique Quantique offre une plongée exhaustive dans les fondamentaux et les applications pratiques des accélérateurs quantiques. Les étudiants exploreront les architectures quantiques contemporaines, comprenant les principes des architectures analogiques et digitales, ainsi que les innovations telles que les architectures hybrides CPU-QPU, NISQ et LSQ. Le cours couvrira le formalisme des qubits et de la programmation quantique digitale, mettant en évidence l’importance de la superposition et de l’intrication pour les calculs quantiques. Les principes et méthodes de mesure des résultats seront également abordés. Une introduction aux circuits quantiques, incluant les portes de base et les premiers circuits, permettra aux étudiants de comprendre les bases pratiques de la programmation quantique. En utilisant des outils tels que QFT, Grover, QPE et QMC, les étudiants exploreront les circuits classiques et leurs applications, tout en examinant les limitations sur les architectures NISQ. Enfin, les étudiants se plongeront dans les circuits et algorithmes variationnels, notamment les circuits QAOA et Vxx, et étudieront les modèles de temps d’exécution et de performance pour les QPU ainsi que pour les boucles CPU-QPU, en se familiarisant avec les ordres de grandeur des temps d’exécution actuels.

Bibliographie :

  • Ref. [1] : R. Hundt, Quantum Computing for Programmers, Cambridge University Press (2022)
  • Ref. [2] : P. Kaye, R. Laflamme, M. Mosca, An Introduction to Quantum Computing, Oxford University Press (2006)

Acquis d’apprentissage : A l’issue de ce cours, les élèves sauront concevoir et implanter un algorithme à base de portes quantiques, utiliser des bilbiothèques de routines quantiques, concevoir et implanter un code hybride CPU+QPU, analyser ses résultats, mesurer ses performances et sa sensibilité au bruit en fonction de la taille des données et de l’utilisation du QPU.

Modalités d’évaluation : Evaluation du mini-projet

Compétences évaluées :

  • Conception Génie Physique
  • Modélisation Physique
  • Traitement Données
  • Analyse Systèmes

Responsable de cours :

  • Damien Rontani
  • Stéphane Vialle

Identifiant Geode : SPM-INF-004

CM :

  1. Cours d’architectures quantiques (1.5 h)
  2. Cours de formalisme pour l’informatique quantique digitale (3.0 h)
  3. Cours d’introduction aux portes et circuits quantiques (3.0 h)
  4. Cours de présentation des circuits quantiques classiques (4.5 h)
  5. Cours de modèles de temps d’exécution et de performance (1.5 h)
  6. Cours de présentation des circuits quantiques variationnels (3.0 h)

TD :

  1. TD de formalisme et d’analyse de circuits quantiques (1.5 h)
  2. TD de conception d’algorithmes quantiques sur QPU (1.5 h)
  3. TD de conception d’algorithmes variationnels sur CPU+QPU (1.5 h)

TP :

  1. TP de mise en oeuvre de circuits quantiques en qiskit sur simulateur et machines quantiques (3.0 h)
  2. TP de conception et mise en oeuvre d’algorithmes quantiques à partir de circuits connus (3.0 h)
  3. TP de conception d’une méthode d’optimisation par algorithme variationnel sur CPU+QPU (3.0 h)