Informatique quantique

Quantum Information Science Banner

À propos de ce programme

Comment construire un orinateur quantique?

L’Univers numérique aujourd’hui est binaire : un commutateur est soit « on » ou « off », soit un ou zéro. Mais dans le monde subatomique de la physique quantique, des règles différentes prévalent. Certaines particules peuvent exister dans deux états ou plus simultanément. D’autres peuvent réagir instantanément à des changements se produisant à des kilomètres. Ces propriétés pourraient nous permettre de construire des ordinateurs complètement différents de ceux que nous avons aujourd’hui. Le calcul quantique pourrait nous permettre de percer des codes indéchiffrables, de modéliser des phénomènes incroyablement complexes et de résoudre des problèmes que l’on croyait insolubles.

En bref

Fondé

2002

Membres

34

Dates de renouvellement

2007, 2012

Disciplines
Informatique, y compris calcul quantique et théorie du calcul, Physique quantique, de la matière condensée, mathématique et atomique, Optique, Génie électronique et informatique, Mathématiques appliquées

Détails du programme

L’informatique quantique existe à l’interface entre l’informatique et la physique quantique. Pour cette raison, elle est essentiellement interdisciplinaire et requiert la contribution d’experts de nombreux domaines différents. Le CIFAR réunit 35 chercheurs de pointe issus des mathématiques, de l’informatique, de la cryptographie, de la physique théorique, de la physique expérimentale, de la chimie, du génie et d’autres disciplines pertinentes. De concert, ces chercheurs visent à exploiter la puissance de la mécanique quantique et à créer des ordinateurs exponentiellement plus puissants.

Le calcul quantique pourrait toucher la société à une échelle similaire à ce qu’a fait la révolution informatique numérique. Une fois que les chercheurs auront résolu les problèmes théoriques et quantiques, le calcul quantique promet d’accroître considérablement la vitesse de calcul, la sécurité et la puissance disponibles

Data-compression-image
Aephraim M. Steinberg a démontré qu’il est possible de comprimer parfaitement de l’information quantique entreposée dans une collection de qubits préparés de façon identique en un nombre exponentiellement plus petit de qubits

En 1994, le mathématicien Peter Shor a publié un algorithme célèbre sur le calcul des facteurs premiers de très grands chiffres. Il s’agit d’une tâche qui prendrait des millions d’années à un ordinateur classique, mais l’algorithme de Shor montrait qu’un ordinateur quantique le ferait en quelques minutes. C’était là un exemple d’un problème que seul un ordinateur quantique pouvait résoudre et les répercussions sur le domaine de la sécurité informatique étaient immenses. De nombreux problèmes fréquents en cryptographie – la technologie utilisée pour maintenir la confidentialité des transactions bancaires et autres informations sensibles – découlent du fait qu’un ordinateur classique ne peut calculer rapidement les facteurs premiers de grands chiffres. Si un ordinateur quantique voyait le jour, il pourrait percer pratiquement tous les codes de sécurité existants et permettre une cryptographie mieux protégée.

En plus de la cryptographie, le calcul quantique pourrait résoudre de difficiles problèmes d’optimisation – c’est-à-dire, choisir la meilleure solution parmi un grand ensemble de réponses possibles. Notamment, cerner la molécule d’un médicament qui se lierait à une certaine cible dans l’organisme ou choisir le meilleur prix auquel vendre un produit dans un marché achalandé et complexe. Si les ordinateurs quantiques pouvaient résoudre ces problèmes plus rapidement que les ordinateurs classiques, il y aurait des répercussions énormes pour le domaine bancaire, la médecine, la défense et bien d’autres domaines.

Le programme Informatique quantique du CIFAR s’articule autour de trois grands thèmes :

  • Quelle est la source de la puissance du calcul quantique?
  • Comment pouvons-nous maîtriser les systèmes quantiques?
  • À quoi ressemblerait la cryptographie quantique?

ARTICLES NOTABLES


Knill, E., R. Laflamme, R. et G.J. Milburn. « A scheme for efficient quantum computation with linear optics », Nature 409 (2001) : 46-52. résumé

Negrevergne, C. et coll. « Benchmarking quantum control methods on a 12-qubit system », Physical Review Letters, 96 (2006) : 170501 Résumé

Rozema, L.A. et coll., « Quantum Data Compression of a Qubit Ensemble », Physical Review Letters 113, 16 (2014). Résumé

J. Zhang et coll., « Digital quantum simulation of the statistical mechanics of a frustrated magnet »,  Nature Communications 3, 880 (2012). résumé

Les boursiers et les conseillers du programme

Co-directeurs de programme

David Poulin
Program Co-Director

Dans ses recherches, le physicien David Poulin vise principalement à trouver des méthodes efficaces pour protéger l’information quantique.

Aephraim M. Steinberg
Directeur de programme associé

Aephraim Steinberg, physicien, s’intéresse aux phénomènes mécanoquantiques fondamentaux, et au contrôle et à la caractérisation des états quantiques de divers systèmes, des atomes refroidis par laser aux photons individuels.

Boursiers

Alexander Lvovsky

  • Boursier
  • Informatique quantique
  • Université de Calgary
  • Canada

Alexandre Blais

  • Boursier
  • Informatique quantique
  • Université de Sherbrooke
  • Canada

Amir Yacoby

  • Boursier associé
  • Informatique quantique
  • Université Harvard
  • États Unis

Andreas Wallraff

  • Boursier associé
  • Informatique quantique
  • ETH Zürich
  • Suisse

Andrew Childs

  • Boursier principal
  • Informatique quantique
  • Université du Maryland
  • États Unis

Ashwin Nayak

  • Boursier associé
  • Informatique quantique
  • Université de Waterloo
  • Canada

Barbara Terhal

  • Boursière associée
  • Informatique quantique
  • Université RWTH Aix-la-Chapelle
  • Allemagne

Barry C. Sanders

  • Boursier principal
  • Informatique quantique
  • Université de Calgary
  • Canada

Bei Zeng

  • Boursière
  • Informatique quantique
  • Université de Guelph
  • Canada

Daniel Gottesman

  • Boursier principal
  • Informatique quantique
  • Canada

Debbie Leung

  • Boursier
  • Informatique quantique
  • Université de Waterloo
  • Canada

Gilles Brassard

  • Boursier principal
  • Informatique quantique
  • Université de Montréal
  • Canada

Gregor Weihs

  • Boursier
  • Informatique quantique
  • Université d’Innsbruck
  • L'Autriche

Hoi-Kwong Lo

  • Boursier associé
  • Informatique quantique
  • Université de Toronto
  • Canada

John Watrous

  • Boursier principal
  • Informatique quantique
  • Université de Waterloo
  • Canada

Joseph Emerson

  • Boursier
  • Informatique quantique
  • Université de Waterloo
  • Canada

Michel Pioro-Ladrière

  • Boursier
  • Informatique quantique
  • Université de Sherbrooke
  • Canada

Michele Mosca

  • Boursier principal
  • Informatique quantique
  • Université de Waterloo
  • Canada

Paola Cappellaro

  • Boursier associé
  • Informatique quantique
  • Massachusetts Institute of Technology
  • États Unis

Patrick Hayden

  • Boursier principal
  • Informatique quantique
  • Université Stanford
  • États Unis

Peter Høyer

  • Boursier associé
  • Informatique quantique
  • Université de Calgary
  • Canada

Raffi Budakian

  • Boursier principal
  • Informatique quantique
  • Université de Waterloo
  • Canada

Raymond Laflamme

  • Boursier principal
  • Informatique quantique
  • Université de Waterloo
  • Canada

Richard E. Cleve

  • Boursier principal
  • Informatique quantique
  • Université de Waterloo
  • Canada

Robert Raußendorf

  • Boursier
  • Informatique quantique
  • Université de la Colombie-Britannique
  • Canada

Scott Aaronson

  • Boursier associé
  • Informatique quantique
  • Université du Texas à Austin
  • États Unis

Thomas Jennewein

  • Boursier
  • Informatique quantique
  • Université de Waterloo
  • Canada

William A. Coish

  • Boursier
  • Informatique quantique
  • Université McGill
  • Canada

Wolfgang Tittel

  • Boursier principal
  • Informatique quantique
  • Université de Calgary
  • Canada

Conseillers

Andrew Yao

  • Conseiller
  • Informatique quantique
  • Universté Tsinghua
  • Chine

Charles H. Bennett

  • Conseiller
  • Informatique quantique
  • IBM
  • États Unis

Harry M. Buhrman

  • Conseiller
  • Informatique quantique
  • Centrum voor Wiskunde en Informatica (CWI)
  • Les Pays-Bas

Chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli

Gerhard Kirchmair

  • Chercheur mondiale CIFAR-Azrieli
  • Informatique quantique
  • Université d’Innsbruck
  • L'Autriche

Giulio Chiribella

  • Chercheur mondiale CIFAR-Azrieli
  • Informatique quantique
  • Université de Hong Kong
  • Chine

Nir Bar-Gill

  • Chercheur mondiale CIFAR-Azrieli
  • Informatique quantique
  • Université hébraïque de Jérusalem
  • Israël

Thomas Vidick

  • Chercheur mondiale CIFAR-Azrieli
  • Informatique quantique
  • California Institute of Technology
  • États Unis