Approches quantiques pour l'analyse des exécutions pire-cas des programmes

Quantum approaches for Worst-Case Execution-Times analysis of programs

• Auteur / Autrice : Gabriella Bettonte
• Direction : Stéphane Louise
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique mathématique
• Date : Soutenance le 23/03/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Informatique et sciences du numérique (2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'intégration des systèmes et des technologies (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2001-....)
• Jury : Président / Présidente : Dritan Nace
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Liliana Cucu, Simon Perdrix, Éric Bourreau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Liliana Cucu, Simon Perdrix

Mots clés

Mots clés contrôlés

Programmation dynamique

Machines quantiques

Optimisation combinatoire

Analyse Pire Cas

Temps réel (informatique)

Informatique quantique

Mots clés libres

Informatique quantique

Applications du calcul quantique

WCET

QUBO

Programmation dynamique

Quantum computing

Application of quantum computing

WCET

QUBO

Dynamic programming

Résumé

L'informatique quantique gagne en popularité dans la communauté informatique. La prise de conscience du potentiel de l'informatique quantique a commencée en 1981, lorsque Richard Feynman a imaginé la construction d'un ordinateur quantique. Cependant, le domaine a connu beaucoup de scepticisme quant à ses capacités pratiques à long terme pour résoudre les problèmes. En particulier, les chercheurs tente de relever le défi de construire des ordinateurs quantiques scalables et fiables. Dernièrement, de nombreuses entreprises ont obtenu des résultats encourageants et ont construit des machines quantiques avec suffisamment de qubits pour commencer à mener des expériences intéressantes dessus. Nous avons choisi l'évaluation du pire temps d'exécution (WCET) comme application de nos recherches sur l'informatique quantique, car elle est cruciale pour diverses applications temps réel. L'analyse WCET garantit que le temps d'exécution d'un programme respecte toutes les contraintes d'ordonnancement et de timing. Dans l'histoire des algorithmes quantiques, l'attention a souvent été accordée aux problèmes avec une structure mathématique particulière. L'évaluation des WCET, à l'opposé, n'est pas un problème a priori favorable au contexte quantique, et possède des solutions classiques efficaces déjà éprouvées. Ainsi, il est intéressant d'explorer l'impact de l'informatique quantique sur ce type de problèmes, dans l'esprit de trouver des domaines nouveaux et concrets dans lesquels l'informatique quantique pourrait apporter sa contribution. Si ce n'est pas le cas, la recherche dans ces domaines spécifiques peut aider à définir les limites des applications qui pourraient bénéficier de l'informatique quantique. Cette thèse présente différentes approches quantiques pour effectuer des évaluations WCETs de programmes pour des modèles simplifiés.

Quantum computing is gaining popularity in the computer science community. The awareness of the potential of quantum computing started in 1981, when Richard Feynman first speculated about building a quantum computer. However, until recently, the field has known much skepticism about its long-term practical capabilities to solve problems. In particular, researchers are still facing the challenge of building scalable and reliable quantum computers. Lately, many companies have obtained encouraging results and built quantum machines with enough qubits to start conducting interesting experiments. We chose the worst-case execution-time (WCET) evaluation as the application of our research on quantum computing, as it is crucial for various real-time applications. WCET analysis guarantees that a program's execution time matches all the scheduling and timing constraints. In quantum algorithms history, attention was often given to problems with a particular mathematical structure. The WCETs evaluation, as an opposite, is not a particularly quantum-friendly problem, and it has already proven efficient classical solutions. Hence, it is worth exploring the impact of quantum computing on those kinds of problems, with the spirit of finding new and concrete fields to which quantum computing could bring its potential. If not, research on such specific fields will help to set the boundaries of which applications could benefit from quantum computing. This thesis presents different quantum approaches to perform WCETs evaluations of programs under simplified assumptions.