Calcul Quantique

Bachelor 6 eme semestre Informatique et Communication

 Cours + exercices: Jeudi 8h15 – 12h spring semester, salles: INM10 et BC04.

 Examen final: 19 Juin 2019 – 8h15 à 11h15 – Salle CO 1. Résumé personnel permis une page A4 recto verso.

enseignant: Nicolas Macris
bureau: INR 134
tel: +4121 6938114
email: nicolas.macris@epfl.ch
assistant etudiants: Simon Guilloud, Alix Jeannerot,  Sadra Boreiri
email: simon.guilloud@epfl.ch, alix.jeannerot@epfl.ch, sadra.boreiri@epfl.ch

Objectifs
Le but du cours est de familiariser l’étudiant avec les concepts du calcul et des algorithmes quantique. Notre modèle de calcul sera celui des circuits quantiques. Ces circuits sont une extension du modèle des circuits classiques Booléens.

Après un bref exposé axiomatique de la mécanique quantique, puis des modèles des circuits classiques et quantiques, nous aborderons: les algorithmes de Deutsch et Josza, de Simon (sous groupe caché), de Shor (factorisation), de Grover (bases de données). Ensuite selon le temps disponible nous étudierons le sujet des codes correcteurs d’erreur (Calderbank-Steane-Shor, formalisme stabilisateur).

Ces sujets seront présentés de facon axiomatique et seules des connaissances élementaires d’algèbre linéaire sont requises. En particulier aucune connaissance de physique n’est nécessaire. Les étudiants auront aussi la possibilité de se familiariser avec les machines quantiques d’IBM Q à travers quelques exercices pratiques.

Bibliographie:

N. David Mermin: Quantum Computer Science, An introduction, Cambridge University press 2007. Une introduction écrite par un physicien pour des informaticiens.
Michael A. Nielsen and Isaac Chuang, Quantum Computation and Quantum Information, Cambridge University Press 2000. Un livre complet et d’un niveau plus avancé.
Neil Gershenfeld, The Physics of Information Technology, Cambridge University Press 2000, Une introduction à differents phénomènes physiques (classiques et quantiques) de bases, derrière les technologies de l’information.

Notes de cours Series d’exercices Corriges
Brève introduction Students that would like to improve these notes and correct the many mistakes are welcome to announce themselves. Will be posted weekly
Principes quantiques de base homework-1 solution-1
Modele des circuits classiques Graded Homework 2. Deadline 14 March

homework-2-graded

solution-2-graded
Modele de Deutsch des circuits quantiques homework-3

ibm-q-practice-1

solution-3

ibm-q-practice-1-results

Alg de Deutsch-Josza Graded Homework 4 deadline 28 March

homework-4-graded

ibm-q-practice-2

 

solution-4-graded

ibm-practice-2-results

Alg de Simon homework-5

ibm-q-practice-3

 

solution-5

DJ-notebook.pdf

entanglement-notebook.pdf

Groupes et Nombres: elements Graded homework 6 deadline 11 April

homework-6

 

solution-6-graded

Alg Shor homework-7

homework-8

homework-9

MIDTERM

solution-7

solution-8

solution-9

solution-midterm

Alg Grover

 

Graded homework 10 hard deadline May 23 homework-10

 

solution-10
Adiabatic quantum computation: Introduction.

not for exam

Slides on D WAVE (courtesy M. Vuffray and A. Lokhov LANL)

homework 11 ibm practice4

Grover-notebook.pdf 

(by Simon Guilloud)

Codes correcteurs

not for exam

homework-12 solution-12

Lectures et travail complémentaire:

From Cbits to Qbits:Teaching computer scientists quantum mechanic by D. Mermin

Read tutorials on: IBM Q experience

IBM Q project 2018  with the quantum optics and information class of Dr M.A.Dupertuis. See award

Contrôle des connaissances: graded hmw 20% + Midterm 20% + Examen final 60%

Midterm et Examen final: une page A4 recto-verso avec un résumé personnel est permise.

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