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Physique, Information et Calcul

Informations pratiques


Discipline :

Physique et Chimie

Niveau :

Licence 3

Semestre :

S6

Crédits ECTS :

3

Volume Horaire :

20h Cours

8h TD

Responsable :

Pascal Degiovanni

Ecole Normale Supérieure de Lyon,

UMR 5672 Laboratoire de Physique

Intervenants :

P. Degiovanni

N. Portier

La formation

L’objectif de ce cours est de présenter les relations profondes qui existent entre mécanique quantique, théorie de l’information et thermodynamique. Ces relations ont émergé au fil du temps après les travaux de Shannon sur la théorie de l’information, les travaux sur les limites physiques au calcul étudiées par Landauer et Bennett dans années 80 et enfin, depuis les années 1990, le développement de l’information quantique à la fois en physique et en informatique et également tant au niveau théorique qu’expérimental.

Il s’agit de montrer comment cette nouvelle compréhension du monde quantique s’est nourrie des apports de plusieurs disciplines (physique et informatique) mais aussi des progrès technologiques (notamment au niveau expérimental) et de questionnements fondamentaux comme plus appliqués.

Ainsi, tout au long du cours, les notions seront discutées sur des exemples de systèmes physiques réels et au travers d'expériences de physique quantique réalisées avec ceux ci de manière à illustrer l’idée de Landauer: "Information is physical".

Objectifs et compétences à acquérir

  1. 1. S’être approprié la notion d’état quantique au point de bien comprendre la différence entre état classique et état quantique (non clonage, indistinguabilité d’états non-orthogonaux, impossibilité d’estimation à partir d’une seule réalisation).
  2. 2. Comprendre la notion de porte quantique à 1 et 2 qubits et être capable de décrire leur action sur l’état d’un et deux qubits.
  3. 3. Comprendre la notion de circuit quantique et être capable de décrire son action en fonction de son schéma en portes logiques.
  4. 4. Avoir compris la notion d’intrication et sa relation avec la notion de mélange statistique. Manipuler des états mélange dans le formalisme des opérateurs densité et des états intriqués et comprendre comment on peut passer de l’un à l’autre.
  5. 5. Avoir compris la notion d’information de Shannon et ce qu’elle recouvre intuitivement (codage).
  6. 6. Etre capable de lire et comprendre des articles de physique quantique décrivant des protocoles et expériences de manipulation contrôlée d’états quantiques ainsi que des articles d’information quantique théorique explorant la relation entre théorie de l’information et la physique quantique.

Pré-requis

Un premier cours de Mécanique Quantique (physiciens), bases d'Informatique Fondamentale (informaticiens).

Modalité de l'examen

Exposé

Mots-clés

Information quantique; mécanique statistique; cohérence quantique; calculabilité; thermodynamique.