Algorithmique

Information quantique : QInfo, une nouvelle équipe-projet sur cette thématique clé

Date:
Mis à jour le 25/10/2022
QInfo (Optimal Information Processing with Quantum Devices) est une équipe-projet Inria créée le 1er septembre 2022, commune avec l’ENS de Lyon, l’Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL) et l’Université Grenoble Alpes, qui développe des outils mathématiques et algorithmiques pour optimiser l'utilisation de l'information quantique.
Schéma de l'équipe QINFO sur le code correcteur des erreurs quantiques
Illustration graphique d’un code correcteur d’erreurs quantiques permettant d’encoder un grand nombre de qubits

 

La technologie quantique est en passe de bouleverser l’informatique et ses applications, de la cybersécurité à la simulation numérique, en passant par l’optimisation et l’intelligence artificielle.

En Auvergne Rhône-Alpes, deuxième région en pointe sur le quantique après l’Île-de-France, Inria se mobilise avec ses partenaires académiques et industriels afin d’anticiper les futures évolutions du numérique autour de l’algorithmique quantique.

Une équipe bilocalisée à Lyon et à Grenoble pour bénéficier de l’apport complémentaire des deux environnements de recherche

Cette nouvelle équipe-projet, conjointe aux centres Inria de Lyon et de l’Université Grenoble Alpes, s’appuie sur des partenaires, l’ENS de Lyon, l’Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL) et l’Université Grenoble Alpes. Les 12 membres de l’équipe (chercheurs, enseignants chercheurs, doctorants, postdoctorants) sont répartis entre l’ENS de Lyon et le campus Minatec à Grenoble.

C'est la première équipe de recherche Inria en région Auvergne – Rhône-Alpes à s'intéresser à l'informatique et aux aspects mathématiques du traitement de l'information quantique.

L'équipe interdisciplinaire, composée de chercheurs en mathématiques, informatique et physique, est bilocalisée à Grenoble et à Lyon pour bénéficier des expertises complémentaires des différents membres :

  • à Lyon les membres de l'équipe ont une formation plus orientée mathématique et apportent des outils essentiels tels que la géométrie convexe de grande dimension, l'optimisation, les inégalités d’entropie quantique pour le traitement théorique des ressources quantiques ;
  • à Grenoble existent des collaborations plus étroites avec des physiciens, notamment de l’Institut Néel, permettant d’apporter des idées et des ressources issues des fondements de la théorie quantique (comme les référentiels quantiques ou le contrôle cohérent).

L'équipe QInfo

Membres de l'équipe QINFO
© Inria / Photo B. Fourrier

Membres permanents de l’équipe :

Omar Fawzi, responsable de l’équipe QInfo (directeur de recherche, Inria)

Alastair Abbott (chargé de recherche, Inria)

Guillaume Aubrun (maître de conférences, UCBL)

Daniel Stilck França (Inria Starting Faculty Position, Inria)

Mischa Woods (chargé de recherche, Inria)

Des axes de recherche orientés vers une autre vision de l’algorithmique quantique

Les ordinateurs quantiques présenteront un potentiel important en termes de calcul, de communication et de cryptographie. Il est donc nécessaire de repenser l’informatique, en développant notamment de nouveaux algorithmes.

Les dispositifs de traitement de l'information, qui peuvent tirer parti des lois de la théorie quantique, disponibles aujourd'hui, sont tous affectés par des bruits indésirables : le comportement réel du dispositif ne correspond qu'approximativement au modèle pour lequel il a été conçu. Une telle déviation indésirable peut avoir des effets dévastateurs pour les applications de traitement de l'information : par exemple, dans le contexte du calcul quantique, l'accumulation de bruit peut rendre le résultat du calcul complètement inutile.

L’objectif de l’équipe-projet QInfo est donc de développer des techniques mathématiques et des algorithmes pour réduire efficacement l'effet indésirable causé par le bruit sur les tâches de traitement de l'information quantique.

Quelques-unes des questions auxquelles l’équipe va chercher à répondre :

  • comment caractériser efficacement le modèle de bruit d'un dispositif quantique donné ?
  • quel est le niveau de bruit maximal qui peut être toléré pour un algorithme donné tout en produisant un résultat utile ?
  • quels modèles de bruit permettent la correction d'erreurs et la fiabilité ? Et à quel prix ? Avec quelle efficacité en termes de calcul est-ce que les procédures de décodage associées peuvent être réalisées ? Comment trouver de nouveaux modèles de calculs pour lesquels l'effet du bruit peut être plus facilement réduit ?

Un domaine de recherche essentiel pour anticiper les évolutions de l’informatique de demain

Parmi les résultats envisagés par l’équipe :

  • la conception de nouvelles méthodes pour caractériser et certifier les systèmes quantiques en présence de bruit
  • de nouvelles applications en matière de calcul et de cryptographie pour les futurs dispositifs quantiques évoluant dans un environnement avec bruit
  • l’amélioration des mécanismes de correction d'erreurs et de fiabilité au sein de futures architectures quantiques
  • de nouveaux modèles de traitement de l'information quantique mettant en évidence des approches originales pour un avantage quantique.

Les travaux menés par l’équipe pourront donc bénéficier à plusieurs domaines d’applications : l’analyse de protocoles de cryptographie quantique, l’identification de nouvelles applications pour les ordinateurs quantiques,… et à l’application ultime : la réalisation d’un ordinateur quantique !

Chiffres clés du Centre Inria de Lyon

Créé le 1er janvier 2022

15 équipes-projets

Près de 300 salariés Inria (personnels administratifs, ingénieurs, chercheurs, doctorants)

3 lauréats ERC dans les équipes-projets

14 startups issues des équipes-projets

 

Axes de recherche :

  • Calcul, signal et intelligence artificielle
  • Modélisation en biologie et santé
  • Systèmes distribués, réseaux, communication
  • Architectures et systèmes embarqués
    Verbatim

    Cette équipe est très importante pour le Centre Inria de Lyon, car elle prouve qu’avec de la volonté, on peut lancer une activité de recherche sur un sujet nouveau tel que le quantique en quelques années à partir de zéro. Elle positionne notre région Auvergne Rhône-Alpes sur le volet informatique du quantique, qu’il est primordial de développer en parallèle du volet physique/infrastructure. Enfin, cette équipe pourra être un pont entre Lyon et Grenoble sur un sujet où il est essentiel de mettre en place des collaborations au regard de l’enjeu que représente l’arrivée du quantique dans les sciences de l’information. 

    Auteur

    Stéphane Ubéda

    Poste

    Directeur du Centre Inria de Lyon

    Chiffres clés du Centre Inria de l’Université Grenoble Alpes

    23 équipes-projets

    420 salariés (chercheurs, doctorants, ingénieurs et personnels administratifs)

    9 lauréats ERC dans les équipes-projets

    20 startups issues des équipes-projets

     

    Axes scientifiques prioritaires :

    • Sciences des données
    • Modélisation de l'environnement
    • Fiabilité technique, environnementale et éthique du logiciel
    • Informatique quantique
    Verbatim

    Le quantique va révolutionner de nombreux domaines autour du numérique dans les années futures. La création ex-nihilo d'une équipe en région Auvergne Rhône-Alpes, entre les centres Inria de Lyon et de l'Université Grenoble Alpes, en collaboration avec l'ENS de Lyon et deux universités régionales, est une chance et une opportunité. Avec des forces de part et d'autre, cette équipe va peser sans aucun doute dans les paysages français et européen du domaine.

    Auteur

    Frédéric Desprez

    Poste

    Directeur du Centre Inria de l’Université Grenoble Alpes

    En savoir plus sur l’équipe-projet QInfo