Les nanosciences, les nanotechnologies et les lois de la physique quantique sont source d’innovations de rupture. À partir de systèmes quantiques à deux niveaux, l’ingénierie quantique permet de développer des matériaux et des systèmes de mesure très sensibles et des ordinateurs quantiques de très haute puissance de calcul.Cet ouvrage présente les connaissances de base pour les applications industrielles dans le domaine de l’ingénierie quantique et des nanotechnologies. Il analyse les systèmes optiques pour la mesure à l’échelle nanométrique et les modèles quantiques décrivant l’interaction d’un système à deux niveaux avec son environnement. Il traite également du concept de spin à partir de l’équation de Dirac et explique le fonctionnement des portes quantiques à partir des fondements théoriques et des exemples d’application. La méthode d’optimisation fiabiliste (RBDO) est appliquée pour estimer les propriétés mécaniques des nanotubes de carbone.
La nouvelle science de l'information quantique est destinée à occuper, dans quelques années, une place importante en informatique. Les ordinateurs quantiques, encore de trop petite taille pour être utilisés efficacement, et la cryptographie quantique, opérationnelle depuis peu, représenteront alors une avancée décisive dans le domaine de la sécurité informatique. L'auteur de ce livre propose une introduction concise et précise, accessible pour l'essentiel aux non-spécialistes en physique, aux bases de cette nouvelle discipline. Un ouvrage important pour la jonction entre la communauté des informaticiens et celle des spécialistes de la physique quantique. "Le livre de Michel Le Bellac est promis à un beau succès. Il sera utile à tous ceux qui souhaitent comprendre les bases de la nouvelle science en train de naître. Bon voyage dans cet univers bizarre et mystérieux... qui est celui de notre avenir." Jean-Paul Delahaye
Alors que des prototypes d’ordinateur quantique encore très limités voient progressivement le jour, un véritable travail de fourmi s’est enclenché, au sein d’une communauté encore trop restreinte, pour comprendre et maîtriser toutes les facettes du calcul quantique, de la modélisation à la réalisation expérimentale, en passant par la solution algorithmique, son analyse, sa programmation et sa vérification. Dans les années 1980, Richard Feynman suggérait qu’un ordinateur fonctionnant selon les règles de la physique quantique pourrait résoudre des problèmes intraitables par un ordinateur classique. Il faudra attendre 2019 pour que Google effectue un calcul sur un prototype de circuit quantique programmable. Cette prouesse, qui remet en question les fondements de la thèse de Church-Turing, a ouvert la voie à nombre de start-up, grandes entreprises du numérique et gouvernements qui s’orientent peu à peu vers cette technologie à laquelle on prédit de larges champs d’application : intelligence artificielle, cryptographie et sécurité, finance, santé. Un travail de grande ampleur s’est enclenché pour comprendre toutes les facettes du calcul quantique, notamment des algorithmes, et relever le défi de ce nouveau tournant technologique. Informaticien, Frédéric Magniez est directeur de l’Institut de recherche en informatique fondamentale (Irif). Il est professeur invité sur la chaire annuelle Informatique et sciences numériques du Collège de France, créée en partenariat avec l’Inria, pour l’année académique 2020-2021.