Frédéric Magniez est professeur invité sur la chaire annuelle Informatique et sciences numériques (2020-2021). Il présente son cours de l'année 2020-2021 : Algorithmes quantiques.

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Tous les calculs informatiques sont actuellement exécutés sur des ordinateurs contraints par les lois de la physique newtonienne, dite encore physique classique. Cependant, comme l'a suggéré Richard Feynman dans les années 80, un ordinateur quantique pourrait tirer profit des phénomènes de superposition et d'intrication de la physique quantique afin d'accélérer ses calculs. Alors que des prototypes d'ordinateur quantique encore très limités voient progressivement le jour, start-up, grandes entreprises du numérique, et aussi gouvernements orientent peu à peu leur recherche, stratégie et financement afin d’être prêts à exploiter le potentiel de ce futur ordinateur.

Dans ce contexte, ce cours au Collège de France sur les Algorithmes quantiques tâche de répondre à une demande croissante d'information et de formation de nombreux publics. À l'aide d'explications claires et scientifiquement rigoureuses sur le sujet, ce cours permet à un auditoire varié d'assimiler les notions et concepts des algorithmes quantiques fondamentaux jusqu'aux plus récents, afin de mieux en appréhender les applications et les limitations. Ce cours est accessible au plus grand nombre, tout en apportant une formation attendue dans le milieu académique. Le public ciblé va des esprits curieux de saisir les possibilités et les limites du calcul quantique, aux acteurs des sciences informatiques au sens large : informaticiens, mathématiciens du numérique et physiciens des technologies quantiques, qu'ils soient étudiants, chercheurs, développeurs, entrepreneurs ou encore futurs utilisateurs des algorithmes quantiques.

En partant des premiers paradoxes quantiques, nous étudierons les fondements de la cryptographie et de la communication quantiques. Ensuite, nous introduirons les concepts du calcul quantique par le biais des circuits, qui nous permettront de présenter les principales méthodes algorithmiques quantiques : mise en évidence de propriétés algébriques permettant de déchiffrer les messages secrets, et optimisation ouvrant la voie à un vaste champ d'applications algorithmiques. Puis nous aborderons les limites du calcul quantique, qu'elles soient théoriques ou liées aux technologies actuelles. Enfin, nous terminerons en décrivant une partie de la recherche actuelle motivée par l'utilisation à court terme de prototypes d'ordinateurs quantiques limités, mais pouvant potentiellement trouver des applications concrètes, comme notamment en intelligence artificielle ou encore en usage décentralisé de type Internet.

La chaire annuelle Informatique et sciences numériques est créée en partenariat avec l'Institut national de recherche en sciences et technologies du numérique (Inria).

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