Formal models of quantum computing: resources, abstract machines and measurement-based quantum computing
Modèles formels du calcul quantique : ressources, machines abstraites et calcul par mesure
Résumé
The study of foundational structures of quantum information processing is a key issue to gain a deeper insight into what quantum computation is in general, its scope and limits. It also contributes to the physical realisation while minimising the resources of quantum computing. The resources consist of the space and times as well as the size of the operations and the amount of entanglement.
This thesis contributes in several ways to minimise resources for recently developed models of quantum computation which open new promising perspectives of physical realisation. These models are the one-way quantum computation and the measurement-only quantum computation. This thesis has also permitted to reduce the resources in time and space necessary for the preparation of some quantum states called graph states.
The reduction of the resources requires abstraction and formalisation of quantum computing models which point out the structures of the quantum computing processing. The q-calculus and the classically-controled quantum Turing machines, introduced in this thesis, contribute to this objective. More specific models dedicated to one-way and measurement-only quantum computations are considered as well.
This thesis contributes in several ways to minimise resources for recently developed models of quantum computation which open new promising perspectives of physical realisation. These models are the one-way quantum computation and the measurement-only quantum computation. This thesis has also permitted to reduce the resources in time and space necessary for the preparation of some quantum states called graph states.
The reduction of the resources requires abstraction and formalisation of quantum computing models which point out the structures of the quantum computing processing. The q-calculus and the classically-controled quantum Turing machines, introduced in this thesis, contribute to this objective. More specific models dedicated to one-way and measurement-only quantum computations are considered as well.
L'étude des structures fondamentales du traitement de l'information quantique est un défi majeur, dont l'un des objectifs est de mieux cerner les capacités et les limites de l'ordinateur quantique, tout en contribuant à sa réalisation physique notamment en s'intéressant aux ressources du calcul quantique. Les ressources d'un calcul quantique incluent le temps et l'espace mais également la taille des opérations utilisées et la quantité d'intrication.
Cette thèse contribue de plusieurs manières à la recherche de ressources minimales dans le cadre de modèles de calcul quantique ouvrant de prometteuses perspectives de réalisations physiques. Ces modèles sont le calcul par consommation d'intrication et le calcul par mesures projectives. Cette thèse a également permis de réduire les ressources en temps et en espace nécessaires à la préparation de certains états quantiques, les états graphes.
Etudier la réduction des ressources nécessite l'abstraction et la formalisation des modèles de calcul quantique mettant en évidence les structures même du traitement de l'information quantique. Le q-calcul et les machines de Turing contrôlées classiquement, introduits dans cette thèse, ont cet objectif. Des modèles plus spécifiques au calcul par consommation d'intrication, ou au calcul par mesures projectives sont également considérés.
Cette thèse contribue de plusieurs manières à la recherche de ressources minimales dans le cadre de modèles de calcul quantique ouvrant de prometteuses perspectives de réalisations physiques. Ces modèles sont le calcul par consommation d'intrication et le calcul par mesures projectives. Cette thèse a également permis de réduire les ressources en temps et en espace nécessaires à la préparation de certains états quantiques, les états graphes.
Etudier la réduction des ressources nécessite l'abstraction et la formalisation des modèles de calcul quantique mettant en évidence les structures même du traitement de l'information quantique. Le q-calcul et les machines de Turing contrôlées classiquement, introduits dans cette thèse, ont cet objectif. Des modèles plus spécifiques au calcul par consommation d'intrication, ou au calcul par mesures projectives sont également considérés.
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