PhD position – Informatique quantique pour les applications logistiques et industrielles

SL-DRT-20-0791

DOMAINE DE RECHERCHE

Nouveaux paradigmes, circuits et technologies informatiques, incl. quantum

ABSTRAIT

L’informatique quantique semble prometteuse pour résoudre des problèmes de calcul que l’informatique classique ne peut pratiquement pas résoudre en raison de leur complexité. Cependant, malgré ses promesses et le développement récent des technologies quantiques, les applications industrielles de l’informatique quantique sont jusqu’à présent limitées. Néanmoins, les développements récents de certains algorithmes quantiques (par exemple Variational Quantum Eigensolver [1], Quantum Approximate Optimization Algorithm [2]), fonctionnant sur des dispositifs quantiques existants ou à venir (NISQ – Noisy Intermediate-Scale Quantum) [3], suggèrent de nombreuses opportunités pour applications à court / moyen terme pour résoudre certains problèmes d’optimisation. La logistique et l’ingénierie industrielle sont des domaines d’application qui offrent des problèmes d’optimisation (ordonnancement, planification, routage…) complexes à résoudre avec l’algorithmique classique. Certaines analyses théoriques et premières expériences [4] proposent déjà des applications viables pour les techniques de calcul quantique. Cependant, comme il s’agit d’un sujet de recherche vivant, les connaissances sur ces sujets sont dispersées, instables (de nouveaux algorithmes sont fréquemment proposés), parfois spéculatifs et pas encore généralisés. Nous proposons donc d’explorer l’application de techniques informatiques quantiques récentes (notamment les algorithmes hybrides et NISQ-applicables) sur certains problèmes d’optimisation de nos projets industriels. Les objectifs de ce travail de recherche seront les suivants: • Sélectionner les problèmes d’optimisation pertinents de nos projets en cours ou passés dans les domaines de la logistique et de l’ingénierie industrielle. • Sélectionner des algorithmes quantiques applicables à ces problèmes à partir de l’état de l’art et de l’état de la pratique et les mettre en œuvre. • Adopter ou concevoir un cadre d’analyse comparative qui peut évoluer avec les progrès dans le domaine de l’optimisation basée sur l’informatique quantique. : optimisation du temps de calcul, taille des problèmes, taille de l’ordinateur … • Evaluation de la viabilité technique à travers des expériences concrètes. L’évaluation visera notamment à analyser les facteurs d’applicabilité tels que les propriétés de convergence des algorithmes, l’impact de la formulation du problème sur l’efficacité, l’influence de l’architecture matérielle. Plus généralement, l’évaluation doit donner un aperçu des seuils qualitatifs et quantitatifs (nombre de qubits [5], connectivité, bruit…) qui rendent l’algorithme viable sur les appareils NISQ (existants ou à venir). • Proposer et développer des solutions pour rendre les algorithmes viables. Par exemple, en adaptant ou en étendant les algorithmes, proposer des réécritures des formulations de problèmes, en mettant en œuvre un flux de compilation particulier, en adaptant l’architecture de la plate-forme d’exécution … Ce travail implique l’accès à des dispositifs informatiques quantiques réels ou émulés pour exécuter les expériences. Les expériences devraient être exécutées sur diverses plates-formes. [1] Un solveur de valeurs propres variationnelles sur un processeur quantique photonique, Peruzzo et al., 2013 [2] Un algorithme d’optimisation approximative quantique, Edward Farhi et Jeffrey Goldstone et Sam Gutmann, 2014 [3] Le calcul quantique à l’ère NISQ et au-delà, John Preskill, 2018 [4] Algorithmes de calcul quantique pour une planification et une planification optimisées (QCAPS), Dr Roberto Desimone et Al. 2019 [5] Guerreschi, GG et Matsuura, AY (2019). QAOA pour Max-Cut nécessite des centaines de qubits pour une accélération quantique. Rapports scientifiques, 9 (1), 6903.

EMPLACEMENT

Département Ingénierie Logiciels et Systèmes (LIST)

Labo. ingénierie des langages exécutables et optimisation

Saclay

CONTACT

NOYRIT Florian

CEA

DRT / DILS // LIDEO

CEA Saclay Nano-INNOVInstitut CARNOT CEA LISTDILS / LIDEO, Point Courrier n ° 17491191 Gif sur Yvette CEDEX

Numéro de téléphone: 04 38 78 45 77

Courriel: flroian.noyrit@cea.fr

UNIVERSITÉ / ÉCOLE SUPÉRIEURE

Université Grenoble Alpes

Mathématiques, Sciences et Technologies de l’Information, Informatique (MSTII)

EN SAVOIR PLUS

http://membres-lig.imag.fr/mhalla/ – https://hpcharles.wordpress.com/

DATE DE DÉBUT

Date de début le 01-03-2020

SUPERVISEUR DE THÈSE

CHARLES Henri-Pierre

CEA

DRT / DACLE // LIALP-LIST

Campus MINATEC 17 rue des Martyrs 3804 Grenoble Cedex 9

Numéro de téléphone: +33438789699

Courriel: Henri-Pierre.Charles@cea.fr