Conception et co-conception d'algorithmes à court terme pour l'informatique quantique

Design and codesign of near term algorithms for quantum computing

• Auteur / Autrice : Rajarsi Pal
• Direction : David Pointcheval
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Inscription en doctorat le 01/09/2023
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mathématiques de Paris centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : DIENS - Département d'informatique de l'École normale supérieure
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : CASCADE
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Ecole normale supérieure

Mots clés

Mots clés libres

Algorithm-design

Quantum-computing

Near-term algorithms

Measurement based quantum computing

Near-term algorithms

Quantum computing

Quantum information

Measurement based quantum computing

Résumé

Dans le cadre de mes recherches, ma principale focalisation réside dans la conception minutieuse et la co-conception d'algorithmes spécifiquement adaptés au paysage nuancé des dispositifs quantiques à court terme (ou dispositifs de l'ère NISQ). L'enjeu consiste à aligner de manière transparente ces algorithmes sur les subtilités des dispositifs quantiques existants. Cela implique souvent le développement stratégique de plates-formes quantiques spécifiques en fonction de leur utilité démontrée dans des tâches d'une importance capitale. Un axe majeur de recherche porte sur la classe des algorithmes quantiques variationnels (VQA), réputée pour son adaptabilité aux subtilités potentielles des dispositifs à court terme. Une exploration intrigante concerne l'utilisation des qubits à 'bruit biaisé', qui résistent intrinsèquement aux erreurs de phase. Le défi consiste à concevoir des algorithmes exploitant efficacement ce biais pour une meilleure tolérance au bruit externe. Une autre orientation majeure de mes recherches concerne l'informatique quantique basée sur la mesure (MBQC), un paradigme alternatif avantageux pour une mise en œuvre à court terme sur un matériel photonique. Contrairement au modèle de circuit, la computation MBQC implique des mesures de qubits uniques sur un 'état de graphe' hautement intriqué, contraint par des 'conditions de flux' géométriques. L'essence de mes recherches réside dans la formulation stratégique d'algorithmes experts dans la génération d'états de graphe aléatoires respectant ces conditions de flux. L'objectif est de faciliter la conception de VQA adaptés au paradigme basé sur la mesure et de comparer leurs avantages par rapport à ceux adaptés aux modèles de circuits.

In my research, my primary focus revolves around the intricate design and co-design of algorithms meticulously tailored for the nuanced landscape of near-term quantum devices (alternatively NISQ-era devices). The crux lies in crafting algorithms that seamlessly align with the intricacies of the existing quantum hardware. This often involves the strategic development of specific quantum platforms contingent upon their demonstrated utility in tasks of utmost relevance. A major focus of my research would be on the class of Variational Quantum Algorithms (VQA) which has been specifically successful in the near-term regimes due to its ability to adapt against potential hardware intricacies that might arise. An interesting area of exploration within this domain is the utilization of 'biased-noise' qubits, which have inherent resilience to phase errors. The challenge then becomes to design algorithms which can suitably take advantage of this bias such that it has better overall tolerance to external noise. Another key focus of my research is the multifaceted domain of Measurement-Based Quantum Computing (MBQC) which is an alternative computational paradigm distinct from the conventional circuit model and is considered advantageous, especially in the context of near-term implementation on photonic hardware. In contrast to the circuit model, here the computation proceeds through single-qubit measurements on a highly entangled 'graph-state' that we begin with, which imposes stringent restrictions on the geometric structure of the initial state known as 'flow-conditions'. The crux of my research endeavor lies in the strategic formulation of algorithms adept at generating random graph-states that meet these flow conditions. The broad aim could be to use this algorithm to facilitate the designing of certain VQAs more suitable for the measurement-based paradigm and to compare it for advantages against VQAs adept to circuit models.