Traitement du signal quantique : effets de bruit utile et intrication - Laboratoire Angevin de Recherche en Ingénierie des Systèmes Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2019

Quantum signal processing : useful noise and entanglement effects

Traitement du signal quantique : effets de bruit utile et intrication

Résumé

Here we examine standard signal processing issues, such as signal detection in noise, parametric estimation from noisy signals, transmission of information over a noisy channel, but in a quantum framework. We follow more specifically a specific thread, already well developed in classical, and constituted by the effects of useful noise or stochastic resonance phenomenon - situations of signal or information processing in the presence of noise, where the performance does not monotonically deteriorate when the noise level increases, but instead where the increase in noise can be beneficial to the processing. In the presence of quantum signals and noises, we thus highlight the possibility of such stochastic resonance effects, in tasks of detection, estimation or signal transmission. In these quantum signal processing studies, we also encounter a specifically quantum property consisting of entanglement. We also investigate the contribution of entanglement, with purely quantum benefits that are inaccessible in classical, obtained for signal processing tasks in the presence of noise that we are studying. We also consider two-dimensional signals that can be likened to digital processing of quantum images. The quantum signal processing studies developed here are mainly theoretical and numerical. In addition, we present experimental implementations that we have been able to achieve thanks to a quantum processor made accessible online by the IBM company (IBM Q 14 Melbourne processor of 14 qubits).
Nous examinons ici des problématiques standards du traitement du signal, comme la détection de signaux dans le bruit, l'estimation paramétrique à partir de signaux bruités, la transmission d'information sur un canal bruité, mais dans un cadre quantique. Nous suivons plus spécialement un fil conducteur spécifique, déjà bien développé en classique, et constitué par les effets de bruit utile ou phénomène de résonance stochastique – des situations de traitement du signal ou de l'information en présence de bruit, où la performance ne se dégrade pas de façon monotone lorsque le niveau du bruit augmente, mais au contraire où l'augmentation du bruit peut se révéler bénéfique au traitement. En présence de signaux et bruits quantiques, nous mettons ainsi en évidence la possibilité de tels effets de résonance stochastique, dans des tâches de détection, d'estimation ou de transmission de signal. Dans ces études de traitement du signal quantique, nous rencontrons également une propriété spécifiquement quantique constituée par l'intrication. Nous approfondissons aussi l'apport de l'intrication, avec des bénéfices purement quantiques inaccessibles en classique, obtenus pour les tâches de traitement du signal en présence de bruit que nous étudions. Nous considérons aussi des signaux à deux dimensions pouvant s'apparenter à du traitement numérique d'images en quantique. Les études de traitement du signal quantique développées ici sont principalement théoriques et numériques. En complément, nous présentons des mises en œuvre expérimentales que nous avons pu réaliser grâce à un processeur quantique rendu accessible en ligne par la compagnie IBM (processeur IBM Q 14 Melbourne à 14 qubits).
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03220879 , version 1 (07-05-2021)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03220879 , version 1

Citer

Nicolas Gillard. Traitement du signal quantique : effets de bruit utile et intrication. Traitement des images [eess.IV]. Université d'Angers, 2019. Français. ⟨NNT : 2019ANGE0036⟩. ⟨tel-03220879⟩
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