Qiskit Fall Fest 2025

L'un des aspects les plus surprenants de la théorie quantique est qu'elle nous donne l'impression que nous vivons dans un univers nonlocal. Ceci veut dire que des événements qui se passent en un point de l'univers semblent avoir un effet instantané sur un point arbitrairement éloigné. Cette idée révoltait tant Einstein qu'il l'a qualifiée d'action fantomatique à distance. Et pourtant, le Prix Nobel de physique a été attribué en 2022 pour la démonstration expérimentale de ce phénomène réalisée un demi-siècle auparavant. Qu'en disent ces lauréats ? Dans son récent livre « Si Einstein avait su ? », Aspect affirme accepter « l'idée […] d'une interaction capable d'affecter l'état quantique à distance de façon instantanée ». Et pourtant, aucune expérience dont le but est de confirmer les prédictions de la théorie quantique ne peut être utilisée comme argument en faveur de la nonlocalité. En effet, toute théorie réversible de la physique qui ne permet pas la possibilité de communication instantanée (par exemple la théorie quantique unitaire) peut s'expliquer dans un univers local et réaliste pour autant que l'on adopte la définition de localité donnée par Einstein en 1949 (et non pas celle donnée par John Bell en 1964). Lorsqu'on y pense de la bonne façon, ce bon vieux Einstein avait raison une fois de plus !

A global research effort is underway to operate quantum processors through iterative quantum–classical feedback loops. In this talk, I will present our discovery of several fundamental limitations of this variational paradigm and how these insights have guided our current work on quantum state preparation. We found that problem-instance structure can induce under parameterization in the Quantum Approximate Optimization Algorithm (QAOA), leading to systematic failure modes and demonstrating that many early benchmarks were not statistically representative of typical problem instances. We also uncovered avalanche effects in quantum circuit training, providing the first counterexamples to the piecewise trainability conjecture. On the positive side, we identified parameter concentration phenomena—the first sufficient conditions under which optimized circuit parameters become independent of problem instances—and proved that the variational model is, in principle, a universal model of quantum computation. Ultimately, all variational approaches rely on outer-loop optimization to enhance a quantum processor's ability to prepare specific states. I will conclude with our recent progress toward leveraging these methods to achieve direct quantum state preparation.

En physique, la recherche de l'état fondamental d'un Hamiltonien est analogue à la résolution d'un problème d'optimisation. Cette présentation met en lumière ce parallèle, en expliquant comment les contraintes deviennent des interactions et les solutions des minima énergétiques. Nous verrons ensuite comment l'ingénierie de l'Hamiltonien et de son contrôle quantique permet d'explorer efficacement des paysages énergétiques complexes. En conclusion, nous discuterons de la manière dont les ordinateurs quantiques à atomes neutres exploitent ces principes pour manipuler l'information à l'échelle atomique.

Une application clé pour l'avenir de l'informatique quantique consiste à préparer et à mesurer l'état fondamental des systèmes physiques. Cependant, les méthodes proposées jusqu'à présent posent des problèmes : les algorithmes variationnels se heurtent à des « plateaux stériles », les méthodes de Krylov souffrent du bruit statistique et la plupart des autres méthodes nécessitent la correction d'erreurs. Or, l'Algolab vient de développer un algorithme pour calculer la fonction de Green, qui semble pouvoir améliorer l'estimation de l'énergie d'états fondamentaux imparfaits. Je présenterai des résultats obtenus avec l'ordinateur quantique d'IBM et des simulations de cette méthode.