Bibliothèque de concepts quantiques

Un état de base est l'un des états de référence — mutuellement orthogonaux et normalisés — à partir desquels tout autre état quantique peut être construit comme une superposition.

La sphère de Bloch est une représentation géométrique de l'espace des états purs d'un qubit unique, mappant chaque état possible du qubit à un point sur la surface d'une sphère unité.

La règle de Born stipule que la probabilité d'obtenir un résultat de mesure spécifique est le module au carré de l'amplitude de probabilité correspondante : P(i) = |⟨i|ψ⟩|².

L'effondrement est la mise à jour abrupte d'un état quantique lors de la mesure : la superposition est remplacée par l'unique état de base correspondant au résultat observé.

La notation bra-ket est la notation mathématique standard pour les états quantiques, où |ψ⟩ (ket) représente un vecteur colonne et ⟨ψ| (bra) représente son transposé conjugué (vecteur ligne).

La porte de Hadamard (H) est une porte à qubit unique qui crée une superposition égale, mappant |0⟩ à (|0⟩+|1⟩)/√2 et |1⟩ à (|0⟩−|1⟩)/√2.

L'interférence quantique est le phénomène par lequel les amplitudes de probabilité se combinent comme des ondes — se renforçant ou s'annulant — et c'est le mécanisme que les algorithmes quantiques utilisent pour supprimer les mauvaises réponses et amplifier les bonnes.

La porte de Pauli-X est l'équivalent quantique d'une porte NOT classique, inversant |0⟩ en |1⟩ et |1⟩ en |0⟩, correspondant à une rotation de 180 degrés autour de l'axe x de la sphère de Bloch.

La porte Pauli-Y effectue une rotation de 180 degres autour de l'axe y de la sphere de Bloch, mappant |0⟩ a i|1⟩ et |1⟩ a -i|0⟩.

La porte Pauli-Z est la porte de phase-flip qui laisse |0⟩ inchange et mappe |1⟩ a -|1⟩.

La mesure quantique est le processus d'extraction d'information classique d'un système quantique, qui effondre irréversiblement l'état quantique en l'un des états de la base de mesure.

Un qubit (bit quantique) est l'unité fondamentale de l'information quantique, capable d'exister dans une superposition des états classiques 0 et 1.

La superposition est le principe de mécanique quantique qui permet à un système quantique d'exister simultanément dans plusieurs états jusqu'à ce qu'il soit mesuré.

Les états de Bell sont les quatre états maximalement intriqués a deux qubits.

La porte CNOT est une porte a deux qubits qui inverse le qubit cible si et seulement si le qubit de controle est |1⟩.

La porte CZ applique un retournement de phase à |11⟩. Elle est symétrique.

La décohérence est le processus par lequel un système quantique perd sa cohérence quantique par interaction avec son environnement, causant la dégradation des superpositions en mélanges statistiques classiques.

Le théorème de non-clonage stipule qu'il est impossible de créer une copie identique d'un état quantique inconnu arbitraire, une limitation fondamentale découlant de la linéarité de la mécanique quantique.

La porte S applique une rotation de phase de 90 degres a |1⟩ et est la racine carree de la porte Z.

Une amplitude de probabilité est le nombre complexe attaché à chaque état de base dans une superposition quantique ; le carré de son module donne la probabilité de mesurer ce résultat, et sa phase rend l'interférence possible.

L'intrication quantique est une correlation ou l'etat du systeme ne peut etre decrit comme un produit d'etats individuels.

La téléportation quantique est un protocole qui transfère un état quantique inconnu d'un qubit à un autre en utilisant l'intrication partagée et la communication classique, sans transmettre physiquement le qubit.

La porte Rx effectue une rotation d'angle θ autour de l'axe x de la sphere de Bloch.

La porte Ry effectue une rotation d'angle θ autour de l'axe y de la sphere de Bloch, produisant des superpositions a valeurs reelles.

La porte Rz effectue une rotation d'angle θ autour de l'axe z de la sphere de Bloch.

La spectroscopie étudie comment la matière absorbe et émet la lumière uniquement à des fréquences quantifiées spécifiques — une empreinte digitale qui identifie les atomes à des années-lumière et localise la fréquence de fonctionnement d'un qubit au laboratoire.

La porte SWAP echange les etats quantiques de deux qubits, implementee par trois portes CNOT consecutives.

La porte T applique une rotation de phase de π/4 a |1⟩ et est la racine carree de la porte S.

La pile de l'informatique quantique est une abstraction à quatre couches — algorithme → circuit → impulsion → matériel — où chaque couche traduit les commandes de la couche supérieure dans son propre langage.

Toutes les portes quantiques doivent être des transformations unitaires satisfaisant U†U = I.

La calibration est la pile continue et séquentielle d'expériences qui règle les impulsions de contrôle de chaque qubit ; ses données définissent quelles portes existent sur quels qubits et constituent la source de vérité du QPU.

La matrice densité (ou opérateur densité) ρ est une représentation mathématique d'un état quantique capable de décrire à la fois les états purs et les mélanges statistiques d'états.

L'algorithme de Deutsch-Jozsa determine si une fonction booleenne est constante ou equilibree avec une seule requete.

La porte Fredkin échange deux qubits cibles seulement quand le contrôle est |1⟩.

La fidélité de porte est la probabilité que l'opération physique exécutée par le matériel corresponde à la porte logique idéale qu'elle est censée implémenter.

L'état GHZ est un état multi-qubit maximalement intriqué de la forme (|000...0⟩+|111...1⟩)/√2.

L'algorithme de Grover offre une acceleration quadratique pour la recherche non structuree avec O(√N) requetes.

Le calcul hybride quantique-classique combine un processeur quantique et du calcul classique dans un même flux de travail, selon trois types d'intégration — distante, adjacente et étroite — l'intégration étroite, à l'intérieur de la fenêtre de cohérence, étant l'objectif ultime.

Un qubit logique est un qubit protégé, encodé sur de nombreux qubits physiques sujets aux erreurs. En décembre 2024, la puce Willow de Google a montré pour la première fois qu'agrandir le code améliore le qubit logique — le premier code de surface sous le seuil (below threshold).

Une impulsion micro-onde est la forme d'onde physique qui implémente une porte quantique sur un qubit supraconducteur — une frappe électromagnétique façonnée à l'échelle de la nanoseconde, définie par cinq paramètres et finalement stockée sous forme de deux tableaux d'échantillons I et Q.

La mesure en cours de circuit (mid-circuit measurement) lit un qubit pendant que le circuit s'exécute encore, permettant les portes contrôlées classiquement et les circuits dynamiques — le vrai if de l'informatique quantique.

ML-KEM est un mécanisme d'encapsulation de clé post-quantique standardisé par le NIST basé sur le problème MLWE.

Les portes natives sont l'ensemble des portes qu'une puce quantique peut exécuter directement — défini non par une physique figée de la puce mais par la calibration du jour, et accessible depuis votre circuit uniquement par transpilation.

Un oracle est une sous-routine boîte noire, implémentée comme un opérateur unitaire, qui permet à un algorithme quantique d'évaluer une fonction f(x) — y compris sur des entrées en superposition — tandis que son fonctionnement interne est traité comme inconnu.

La rétroaction de phase est l'effet par lequel une opération contrôlée appliquée à une cible dans un état propre laisse la cible inchangée et imprime au contraire la phase de la valeur propre sur le registre de contrôle.

La migration post-quantique est la transition mondiale de la cryptographie vers des algorithmes résistants au quantique : le NIST a finalisé FIPS 203/204/205 en août 2024, et l'Executive Order américain 14412 (juin 2026) fixe des échéances fédérales — chiffrement PQC des systèmes sensibles avant fin 2030.

OpenQASM est le « langage d'assemblage » lisible par l'humain des circuits quantiques, et QIR est une représentation intermédiaire fondée sur LLVM qui transporte ensemble logique quantique et classique — en 2026, les deux standards en voie de convergence de la pile logicielle quantique.

QAOA est un algorithme hybride quantique-classique pour l'optimisation combinatoire : des couches de coût et de mélange alternent, un optimiseur classique règle les paramètres.

La QFT est l'analogue quantique de la transformée de Fourier discrète avec O(n²) portes.

Le volume quantique (QV) est une metrique de benchmark independante du materiel pour les ordinateurs quantiques.

La marche quantique est l'analogue quantique de la marche aléatoire classique : le marcheur avance en superposition, et l'interférence le fait s'étaler quadratiquement plus vite (distance ~ t au lieu de ~ sqrt(t)).

Le routage de qubits fait correspondre les qubits logiques d'un circuit à une puce à connectivité limitée, en insérant des portes SWAP pour déplacer les états entre qubits non adjacents au moindre coût possible en temps et en erreurs.

L'oscillation de Rabi est le va-et-vient sinusoïdal de la population d'un qubit entre |0⟩ et |1⟩ sous excitation résonnante : P₁(t) = sin²(Ωt/2). Son premier pic définit l'impulsion π — la porte NOT (X) calibrée.

T1 (temps de relaxation d'énergie) et T2 (temps de cohérence de phase) sont les deux constantes de temps qui déterminent la durée de vie d'un qubit : T1 mesure la vitesse à laquelle |1⟩ retombe vers |0⟩, T2 la durée pendant laquelle une superposition conserve sa phase.

Le produit tensoriel combine les espaces d'états des systèmes quantiques individuels en l'espace du système composite : deux qubits vivent dans un espace de dimension 4, n qubits dans un espace de dimension 2^n.

La porte de Toffoli (CCNOT) inverse la cible seulement quand les deux controles sont |1⟩.

Le transmon est un qubit supraconducteur — un atome artificiel fabriqué par lithographie, dont la jonction Josephson fait un système multi-niveaux faiblement anharmonique et insensible au bruit de charge.

La transpilation réécrit un circuit quantique dans le jeu de portes natives que la puce prend réellement en charge ; le routage fait correspondre les qubits logiques aux qubits physiques sous une connectivité limitée, en insérant des portes SWAP là où les connexions directes manquent.

VQE est un algorithme hybride quantique-classique pour trouver l'energie de l'etat fondamental.

L'anharmonicité est l'écart des espacements de niveaux d'énergie d'un oscillateur par rapport à l'égalité ; dans un transmon, α = ω12 − ω01 < 0 est la seule prise spectrale qui sépare la transition du qubit des niveaux supérieurs.

L'interprétation de Copenhague (lignée Bohr/Heisenberg) traite la mesure comme une primitive : la fonction d'onde encode des probabilités via la règle de Born, et la mesure enregistre un résultat défini. C'est l'une des interprétations vivantes qui font des prédictions identiques.

La diaphonie (crosstalk) désigne un signal de contrôle destiné à un qubit qui provoque une évolution indésirable sur un autre — une opération que personne n'a demandée.

DRAG (Derivative Removal by Adiabatic Gate) est une technique de mise en forme d'impulsion qui ajoute la dérivée de l'enveloppe principale comme composante orthogonale en quadrature, annulant les transitions indésirables vers l'état de fuite |2⟩ dans les qubits faiblement anharmoniques comme le transmon.

La rétroaction rapide (temps réel) boucle mesure–décision–action à l'intérieur de la fenêtre de cohérence du qubit ; les FPGA fournissent la logique classique déterministe à l'échelle de la nanoseconde qui la rend possible.

La fuite est l'évasion de la population quantique hors du sous-espace de calcul {|0⟩, |1⟩} vers des niveaux supérieurs comme |2⟩ — le prix des impulsions courtes dont le spectre large recouvre la transition ω12.

L'équation maîtresse de Lindblad est l'équation du mouvement d'un système quantique ouvert : elle étend la dynamique de Schrödinger par des termes dissipatifs dont les opérateurs de saut L_k encodent chaque canal de bruit (relaxation T1, déphasage, décroissance des fuites).

Les états magiques sont des états ressources spéciaux qui débloquent le calcul universel tolérant aux fautes : la plupart des codes correcteurs exécutent les portes de Clifford en sécurité mais pas la porte T directement — on « injecte » donc un état magique préparé, via téléportation, pour la réaliser.

L'interprétation des mondes multiples (formulation des états relatifs d'Everett, 1957) soutient que la fonction d'onde universelle évolue toujours unitairement -- pas de réduction ; un résultat de mesure apparemment unique est une branche d'une superposition intriquée. C'est l'une des interprétations vivantes aux prédictions identiques.

L'optimisation d'impulsions est la sculpture numérique des formes d'onde de contrôle par descente de gradient sur l'infidélité de porte C = 1 − F — des gradients analytiques de GRAPE (2005) aux optimiseurs modernes différentiables en système ouvert, où le gradient traverse le bruit lui-même.

Les codes quantiques à contrôle de parité de faible densité (qLDPC) protègent de nombreux qubits logiques avec bien moins de qubits physiques que les codes de surface : le « gross code » bicyclette-bivarié d'IBM [[144,12,12]] stocke 12 qubits logiques dans 288 qubits physiques — la performance d'un code de surface avec environ 10 fois moins de qubits.

La QEC protege l'information quantique en encodant les qubits logiques dans des etats intrigues de qubits physiques.

L'estimation de phase quantique (QPE) estime la phase propre d'un opérateur unitaire : à partir de U|u> = e^(2*pi*i*phi)|u>, elle extrait phi via des opérations U contrôlées et une QFT inverse.

Le Randomized Benchmarking (RB) mesure la fidélité moyenne des portes en exécutant des séquences de portes aléatoires de plus en plus longues censées ramener le qubit à |0⟩, puis en ajustant la décroissance exponentielle de la probabilité de survie.

L'algorithme de Shor factorise les grands entiers en temps polynomial O((log N)³), menacant RSA.

La validation croisée des solveurs consiste à confronter un simulateur numérique à des implémentations construites indépendamment, différant à la fois par la méthode et par la base de code — car les erreurs d'implémentation sont auto-cohérentes et invisibles de l'intérieur d'une seule base de code.

Un qubit topologique est un qubit proposé qui stocke l'information de façon non locale dans les propriétés topologiques de quasi-particules exotiques (anyons), promettant une protection intégrée contre les erreurs — mais en juillet 2026, il n'existe aucune démonstration évaluée par les pairs d'un qubit topologique fonctionnel.

La trotterisation approxime l'évolution continue sous une somme de générateurs non commutants A + B en alternant de nombreux pas minuscules sous A et B séparément, avec une erreur qui diminue de façon prévisible à mesure que la tranche de temps Δt rétrécit.