Introduction a l'information quantique

Remy Mosseri, Groupe de Physique des Solides
e-mail:mosseri@gps.jussieu.fr



Lundi 4 décembre 2000, 14h30
Information Quantique: une introduction
L'information quantique est un nouveau champ de recherche dont l'objectif avoué est de tirer partie des possibilités offertes par la mécanique quantique pour traiter l'information d'une manière efficace. Les deux composantes principales en sont la cryptographie quantique, qui ambitionne d'apporter une sécurité accrue par rapport aux systèmes de cryptographie classique, et d'autre part le calcul quantique, pour lequel de nouveaux algorithmes basés sur les principes de la mecanique quantique doivent permettre dans certains cas, de diminuer radicalement les temps de calculs (plus précisément ce qu'on appelle leur complexité algorithmique) nécessaires pour résoudre les problèmes. Le plus célèbre de ces problèmes est celui de la décomposition d'un nombre en ses facteurs premiers, ce qui rapproche d'ailleurs le calcul quantique du terrain de la cryptographie, où la théorie des nombres intervient dans les questions de codage. Mais si cet objectif (lointain pour certain, voire meme illusoire pour les plus pessimistes) permet de définir rapidement ce thème, son développement actuel, extrêmement rapide, tient aussi à ce qu'il ouvre, dans une approche pluridisciplinaire, des perspectives excitantes relatives à une compréhension plus fine de phénomènes quantiques. Qu'il s'agisse de l'étude des états "intriqués" (qui sont au coeur des possibilités nouvelles de manipulation de l'information), où bien encore du phénomène de décohérence, qui verrouille le passage des manifestations quantiques entre les mondes microscopique et macroscopique, et qui s'avère par là le principal obstacle à la réalisation de dispositifs, il y a là un terrain fertile, tant dans le domaine de l'optique quantique que de la uantique, qui ambitionne d'apporter une sécurité accrue par rapport aux systèmes de cryptographie classique, et d'autre part le calcul quantique, pour lequel de nouveaux algorithmes basés sur les principes de la mecanique quantique doivent permettre dans certains cas, de diminuer radicalement les temps de calculs (plus précisément ce qu'on appelle leur complexité algorithmique) nécessaires pour résoudre les problèmes. Le plus célèbre de ces problèmes est celui de la décomposition d'un nombre en ses facteurs premiers, ce qui rapproche d'ailleurs le calcul quantique du terrain de la cryptographie, où la théorie des nombres intervient dans les questions de codage. Mais si cet objectif (lointain pour certain, voire meme illusoire pour les plus pessimistes) permet de définir rapidement ce thème, son développement actuel, extrêmement rapide, tient aussi à ce qu'il ouvre, dans une approche pluridisciplinaire, des perspectives excitantes relatives à une compréhension plus fine de phénomènes quantiques. Qu'il s'agisse de l'étude des états "intriqués" (qui sont au coeur des possibilités nouvelles de manipulation de l'information), où bien encore du phénomène de décohérence, qui verrouille le passage des manifestations quantiques entre les mondes microscopique et macroscopique, et qui s'avère par là le principal obstacle à la réalisation de dispositifs, il y a là un terrain fertile, tant dans le domaine de l'optique quantique que de la matière condensée (au travers de sa composante de physique mésoscopique). Ainsi les études expérimentales recouvrent-elles des systèmes très différents, comme les ions ou les atomes neutres piégés, l'électro-dynamique quantique en cavités micro-ondes ou optiques, des "dispositifs" moléculaires basés sur des techniques RMN, des systèmes de boites quantiques mésoscopiques, ou bien encore des nano-jonctions supraconductrices... L'objectif de ce seminaire sera de presenter ce thème émergent et ses enjeux, théoriques et experimentaux, tout en restant à un niveaux assez general et pas trop technique.