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Moteur de recherche d'offres d'emploi CEA

Mise en œuvre et expérimentations du calcul quantique par mesures H/F


Détail de l'offre

Informations générales

Entité de rattachement

Le Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) est un organisme public de recherche.

Acteur majeur de la recherche, du développement et de l'innovation, le CEA intervient dans le cadre de ses quatre missions :
. la défense et la sécurité
. l'énergie nucléaire (fission et fusion)
. la recherche technologique pour l'industrie
. la recherche fondamentale (sciences de la matière et sciences de la vie).

Avec ses 16000 salariés -techniciens, ingénieurs, chercheurs, et personnel en soutien à la recherche- le CEA participe à de nombreux projets de collaboration aux côtés de ses partenaires académiques et industriels.  

Référence

2021-19302  

Description de l'unité

Au Département d'Ingénierie des Logiciels et des Systèmes (DILS), les équipes du Laboratoire ingénierie des langages exécutables et optimisation (LIDEO) travaillent sur l'élaboration d'environnement logiciels pour la conception et le déploiement de jumeaux numériques fonctionnels dans de multiples domaines d'application (manufacturing, logistique, transport, etc.). Cela concerne notamment le développement de fonctionnalités de modélisation, simulation, et optimisation de ces systèmes.

Description du poste

Domaine

Sciences pour l'ingénieur

Contrat

Stage

Intitulé de l'offre

Mise en œuvre et expérimentations du calcul quantique par mesures H/F

Sujet de stage

Ce stage aura pour objectif de mettre en œuvre un prototype de cette architecture de calcul sur du matériel simulé. Plusieurs aspects et alternatives de mise en œuvre des principes du MBQC seront explorés durant ce stage. Par exemple, on remarquera que le MBQC peut se faire à partir de différentes structures de graphes. Dans [3], il a été notamment montré qu'une grille triangulaire, en faisant toutes les mesures dans le plan X-Z, est suffisante. Une description du MBQC sur des états graphes et de la manière de « corriger » chaque mesure pour avoir un transfert d'information déterministe entre les qubits d'input et les qubits d'output a été décrite avec une notion de gflow [7] et peut être trouvée de manière efficace [2]. Un autre aspect à explorer sera de comprendre comment mettre en œuvre les mécanismes de corrections pour rendre ce modèle de calcul par mesures robuste aux bruits [6] [4].

Durée du contrat (en mois)

6

Description de l'offre

L’algorithmique classique ne permet pas toujours d’apporter des réponses pratiques pour de très nombreux problèmes de calcul en raison de leur complexité. Ces problèmes sont par exemple : les diverses techniques d’optimisation pour l’IA ou la logistique, la résolution de satisfiabilité en logique pour de la planification, la résolution d’équations en algèbre, la factorisation de nombres en cryptographie…

Les développements récents des technologies en informatique quantique laissent entrevoir des progrès pour la résolution de ces problèmes. Cependant, les applications pratiques de l’informatique quantique sur ces applications industrielles sont jusqu’à présent limitées. Une des raisons principales est que les dispositifs quantiques existants ou à venir sont imparfaits (Noisy Intermediate Scale Quantum). Ainsi, nombre d’algorithmes quantiques ne peuvent pas en pratique fonctionner sur ces dispositifs imparfaits. Dans ce contexte, la mise œuvre d’algorithmes quantiques doit donc prendre en compte cet état de fait.

Une adaptation dans la mise en œuvre des algorithmes quantiques pour que ceux-ci deviennent applicables dans ce contexte est de s’appuyer sur une propriété du calcul quantique par mesures (MBQC) [1]. Dans ce modèle de calcul, un grand état intriqué (cluster state) représenté par un graphe, une grille par exemple, est initialement préparé. Ensuite, les portes quantiques sont simulées par des enchainements particuliers de mesures locales sur un qubit. Les mesures à effectuer à chaque étape sont conditionnées par les résultats des mesures précédentes dans la séquence. L’aléas, inhérent au calcul quantique, de chaque mesure peut être corrigé à l’issue de la séquence de mesures. Le modèle MBQC permet la mise en œuvre d’un modèle de calcul équivalent au calcul standard avec les circuits. On notera que des propositions de traduction d’un modèle à l’autre ont été récemment proposées [5].

Dans ce modèle de calcul, le support de l’information change après chaque mesure. Cela ouvre ainsi l’opportunité de mettre en œuvre une architecture de calcul utilisant un nombre limité de qubits qui sont utilisés « en boucle » :  les qubits utilisés (mesurés) sont recyclés (réinitialisation) et le calcul est transféré d’un qubit à un autre avant la décohérence de l’état. 

Ce stage sera réalisé en collaboration scientifique avec Mehdi Mhalla (LIG-CNRS).

[1] Raussendorf et al. "Measurement-based quantum computation with cluster-states", 2003

[2] Mhalla et al. "Finding Optimal Flows Efficiently", 2008

[3] Mhalla et al. "Graph States, Pivot Minor, and universality of (X-Z) Measurements", 2013

[4] Brown et al. "Universal fault-tolerant measurement-based quantum computation", 2018

[5] Backens et al. "There and back again: A circuit extraction tale", 2020

[6] Raussendorf et al. "A fault-tolerant one-way quantum computer", 2005

[7] Mhalla et al. "Which graph states are useful for quantum information processing?", 2010

Moyens / Méthodes / Logiciels

Langages: Python, Environnements : Qiskit, myQLM

Profil du candidat

Etudiant(e) Master 2 en informatique et/ou mathématiques ou école d’ingénieurs.

Domaine de spécialité requis : Information et calcul quantique

Autres domaines de spécialités, mots clés :

-       Optimisation combinatoire

-       Algèbre linéaire

-       Complexité algorithmique

Localisation du poste

Site

Grenoble

Localisation du poste

France, Auvergne-Rhône-Alpes, Isère (38)

Ville

Grenoble

Critères candidat

Langues

  • Français (Courant)
  • Anglais (Courant)

Diplôme préparé

Bac+5 - Master 2

Formation recommandée

Etudiant(e) Master 2 en informatique et/ou mathématiques ou école d'ingénieurs.

Possibilité de poursuite en thèse

Oui