
Information quantique
Description
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C'est dans cet esprit que ce livre expose les bases de la théorie de l'information classique et celles de la physique quantique, tout comme il décrit les composants utilisés, les expériences et leurs principaux résultats, afin de faire le point sur l'état de l'art des réalisations concrètes en 2025. Ainsi le lecteur découvrira les entropies classique de Shannon et quantique de von Neumann, la description des principaux protocoles de cryptographie quantique mais aussi les performances des premiers prototypes de répéteurs quantiques ainsi que différentes pistes pour l'ordinateur quantique.
Chaque lectrice ou lecteur, quelle que soit la communauté à laquelle elle ou il appartient, trouvera dans cet ouvrage des notions clés pour compléter ses connaissances et accéder à l'abondante littérature scientifique sur le sujet.' C'est un excellent travail, facile à lire, passionnant, avec un très bon équilibre entre théorie et formalisme d'une part et considérations expérimentales d'autre part, qui permettront de comprendre qu'il y a parfois loin de la coupe aux lèvres '.Jean-Michel Raimond, Sorbonne Université' Ce livre sera utile à tous ceux qui veulent pouvoir suivre les progrès spectaculaires de l'information quantique. Il leur donnera de très solides bases aussi bien en théorie de l'information qu'en physique quantique, ce qui leur permettra de comprendre aussi bien les logiciels que les systèmes matériels destinés à les mettre en oeuvre. 'Alain Aspect, Institut d'Optique - Université Paris-Saclay, Prix Nobel de physique 2022
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Content
- Intro
- Information quantique
- Préface
- Avant-propos
- Remerciements
- Guide de lecture
- Table des matières
- Liste des encadrés
- Liste des sigles et acronymes
- Chapitre 1 - Information classique
- 1.1 L'entropie de Shannon
- 1.2 La cryptographie classique : clé secrète et clé publique
- 1.3 Complexité algorithmique
- 1.4 Exercices
- Chapitre 2 - Le bit quantique ou qubit
- 2.1 États d'un qubit
- 2.2 Tomographie, clonage, discrimination
- 2.3 Dynamique d'un qubit : oscillations de Rabi
- 2.4 Physique quantique et information
- 2.5 Exercices
- Chapitre 3 - Champ électromagnétique quantifié et photons
- 3.1 Oscillateur harmonique quantique
- 3.2 Concept de photon
- 3.3 États cohérents du champ électromagnétique
- 3.4 Détection homodyne
- 3.5 Interaction photon-atome : le hamiltoniende Jaynes-Cummings
- 3.6 Exercices
- Chapitre 4 - Systèmes quantiques intriqués
- 4.1 Produit tensoriel
- 4.2 Opérateur densité
- 4.3 Opérateur densité pour un qubit
- 4.4 Réalisations expérimentales d'états intriqués
- 4.5 États conditionnels (ou relatifs)
- 4.6 Inégalités de Bell
- 4.7 Exercices
- Chapitre 5 - Information et intrication
- 5.1 Clonage quantique approché
- 5.2 Intrication et perte de cohérence
- 5.3 Définition générale de la décohérence
- 5.4 Évolution unitaire et représentation de Kraus
- 5.5 Mesures généralisées
- 5.6 Compression des données quantiques
- 5.7 Capacité d'un canal quantique : la borne de Holevo
- 5.8 Exercices
- Chapitre 6 - Communications quantiques
- 6.1 Sources
- 6.2 Détecteurs de photons uniques
- 6.3 Détections homodyne et hétérodyne
- 6.4 Fonctions de base d'un réseau de communications quantiques
- 6.5 Répéteur quantique
- 6.6 Exercices
- Chapitre 7 - Cryptographie quantique
- 7.1 Intuition
- 7.2 Premiers protocoles de distribution quantique de clé
- 7.3 Protocoles basés sur l'intrication
- 7.4 Réalisations expérimentales de distribution quantique de clé
- 7.5 Au delà de la distribution de clé
- 7.6 Exercices
- Chapitre 8 - Calcul quantique : le logiciel
- 8.1 Introduction
- 8.2 Calcul réversible classique
- 8.3 Portes logiques quantiques
- 8.4 Algorithme de Deutsch
- 8.5 Algorithme de recherche de Grover
- 8.6 Algorithme de factorisation de Shor
- 8.7 Complexité algorithmique et accélération quantique
- 8.8 Exercices
- Chapitre 9 - Codes correcteurs d'erreurs quantiques
- 9.1 Code de répétition à trois qubits
- 9.2 Codes correcteurs d'erreurs classiques
- 9.3 Codes Caldebank-Shor-Steane
- 9.4 Codes à stabilisateur
- 9.5 Logique quantique tolérante aux erreurs
- 9.6 Codes de surface
- 9.7 Exercices
- Chapitre 10 - Calcul quantique : le matériel
- 10.1 Introduction
- 10.2 Ions piégés
- 10.3 Qubits supraconducteurs
- 10.4 Calcul photonique
- 10.5 Atomes neutres
- 10.6 Exercices
- Chapitre 11 - Conclusion générale
- Chapitre 12 - Corrigés d'une sélection d'exercices
- 12.1 Exercices du chapitre 1
- 12.2 Exercices du chapitre 2
- 12.3 Exercices du chapitre 3
- 12.4 Exercices du chapitre 4
- 12.5 Exercices du chapitre 5
- 12.6 Exercices du chapitre 6
- 12.7 Exercices du chapitre 7
- 12.8 Exercices du chapitre 8
- 12.9 Exercices du chapitre 9
- 12.10 Exercices du chapitre 10
- Bibliographie
- Glossaire
- Index
- Sponsors
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