Thèse Auto-Test et Vérification Indépendante des Dispositifs pour le Calcul Quantique H/F

Université Paris-Saclay GS Physique

Établissement : Université Paris-Saclay GS Physique
École doctorale : Physique en Ile de France
Laboratoire de recherche : Institut de PHysique Théorique
Direction de la thèse : Jean-Daniel BANCAL ORCID 0000000296300993
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-03-22T23:59:59

Le développement des technologies quantiques soulève une question cruciale : comment pouvons-nous avoir confiance dans leurs résultats ? Ce projet s'attaque à ce défi en développant des protocoles de vérification indépendants des dispositifs (DI), qui certifient les calculs quantiques uniquement à partir des corrélations observées, sans se fier au fonctionnement interne du matériel. Bien que les techniques DI soient bien établies en cryptographie, leur application au calcul quantique basé sur de nombreux qubits reste limitée par des problèmes de passage à l'échelle et de sensibilité au bruit. Cette recherche vise à combler cette lacune en concevant des protocoles DI efficaces et robustes pour des modèles de calcul quantique réalistes. En adoptant le cadre du calcul quantique basé sur la mesure (MBQC), le projet s'attaquera progressivement à plusieurs défis clés : développer des méthodes d'auto-test pour les états intriqués à grande échelle utilisés en MBQC, vérifier des tâches computationnelles intermédiaires comme l'échantillonnage de circuits aléatoires ou les circuits peu profonds, et étendre les méthodes DI à la certification de la correction d'erreurs quantiques. L'objectif ultime est de créer des outils pratiques renforçant la confiance dans les technologies quantiques actuelles et futures, tout en approfondissant notre compréhension de ce que signifie, pour un système quantique, le fait de calculer correctement.

Alors que l'informatique quantique se développe rapidement, des méthodes sont nécessaires afin de garantir l'exactitude des calculs effectués par les dispositifs quantiques [1,2]. La vérification d'un calcul quantique à l'aide d'un ordinateur classique est généralement exponentiellement difficile, ce qui signifie que les démonstartions d'avantage quantique doivent actuellement s'appuyer sur des extrapolations issues d'expériences à petite échelle combinées avec une caractérisation physique partielle [3]. Mais ces hypothèses deviennent de plus en plus difficiles à justifier à mesure que les systèmes quantiques gagnent en taille et en complexité.

La méthode indépendante du dispositif (DI) permet de certifier les propriétés quantiques uniquement à partir des corrélations d'entrée-sortie observées, sans s'appuyer sur un modèle physique détaillé du fonctionnement interne des dispositifs employés [4]. À ce jour, les techniques DI sont principalement répandues dans le domaine de la cryptographie quantique, en particulier pour les protocoles simples à deux qubits tels que la génération de nombres aléatoires [5] ou la distribution de clés quantiques [6]. Récemment, les idées DI ont été explorées dans le domaine du calcul quantique [7], où elles offrent la possibilité de vérifier les calculs effectués par des ordinateurs quantiques. Cependant, cette voie en est encore à un stade relativement précoce et se heurte à des défis conceptuels et pratiques importants, notamment en matière d'efficacité et de passage à l'échelle. Le développement d'une vérification DI évolutive et efficace pour le calcul quantique est donc un problème majeur qui nécessite à la fois des avancées conceptuelles et la conception de protocoles concrets.

L'objectif concret de ce projet est de concevoir des protocoles de vérification quantique DI efficaces et robustes pour des modèles de calcul quantique réalistes. Ceci permettra de renforcer la confiance dans les technologies quantiques actuelles et futures, tout en approfondissant notre compréhension de ce que signifie 'calculer correctement' pour un système quantique.

Le projet contribuera à établir des technologies quantiques fiables et à approfondir notre compréhension théorique du calcul quantique en étendant la robustesse des auto-tests quantiques et en analysant plusieurs tâches liées au calcul quantique au moyen des méthodes indépendantes des dispositifs employés.