Thèse
Algorithmes hybrides (classiques-quantiques) pour le calcul de fonctions de Green en physique nucléaire
Physique nucléaire
Simulation numérique
La recherche en physique nucléaire théorique repose aujourd’hui sur le calcul haute performance pour réaliser des simulations ab initio des noyaux atomiques. Ces calculs permettent d’établir des prédictions systématiques, tant pour répondre à des questions fondamentales que pour le soutien aux activités expérimentales. Dans ce domain, des progrès considérables ont été réalisés ces dernières années. Ceux-ci ont amené l’équipe du CEA à accomplir, en 2026, le premier calcul ab initio du noyau lourd U-238.
Malgré ces avancées, les calculs ab initio de structure nucléaire et, en particulier, de réactions impliquant des noyaux lourds restent extrêmement difficiles. En même temps, l’informatique quantique émerge comme un nouveau paradigme de calcul susceptible de bouleverser les approches actuelles et de contribuer à lever certains des verrous numériques existants. Dans ce contexte, l’équipe du CEA a lancé, il y a quelques années, une activité de recherche consacrée aux algorithmes quantiques appliqués au problème nucléaire à N-corps.
Dans cette perspective à long terme, ce projet de thèse vise à développer des algorithmes quantiques permettant de calculer des quantités centrales de la théorie à N-corps, i.e. les fonctions de Green. Ces objets, qui encodent les corrélations entre les constituants d’un système en interaction, permettent d’étudier non seulement les propriétés statiques des noyaux mais se prêtent naturellement à la description de processus dynamiques, tels que les réactions nucléaires. Cette propriété les rend particulièrement intéressantes pour le calcul quantique, dans lequel l’évolution dynamique peut être encodée de manière assez naturelle.
Plus précisément, le projet portera sur des protocoles de calcul hybrides, i.e. combinant des opérations quantiques et classiques. Les algorithmes seront implémentés et testés sur des émulateurs quantiques et, dans la mesure du possible, sur des plateformes quantiques digitales. Les résultats de ce projet contribueront à définir les futures stratégies de calcul en théorie nucléaire.
Malgré ces avancées, les calculs ab initio de structure nucléaire et, en particulier, de réactions impliquant des noyaux lourds restent extrêmement difficiles. En même temps, l’informatique quantique émerge comme un nouveau paradigme de calcul susceptible de bouleverser les approches actuelles et de contribuer à lever certains des verrous numériques existants. Dans ce contexte, l’équipe du CEA a lancé, il y a quelques années, une activité de recherche consacrée aux algorithmes quantiques appliqués au problème nucléaire à N-corps.
Dans cette perspective à long terme, ce projet de thèse vise à développer des algorithmes quantiques permettant de calculer des quantités centrales de la théorie à N-corps, i.e. les fonctions de Green. Ces objets, qui encodent les corrélations entre les constituants d’un système en interaction, permettent d’étudier non seulement les propriétés statiques des noyaux mais se prêtent naturellement à la description de processus dynamiques, tels que les réactions nucléaires. Cette propriété les rend particulièrement intéressantes pour le calcul quantique, dans lequel l’évolution dynamique peut être encodée de manière assez naturelle.
Plus précisément, le projet portera sur des protocoles de calcul hybrides, i.e. combinant des opérations quantiques et classiques. Les algorithmes seront implémentés et testés sur des émulateurs quantiques et, dans la mesure du possible, sur des plateformes quantiques digitales. Les résultats de ce projet contribueront à définir les futures stratégies de calcul en théorie nucléaire.
SL-DRF-27-0302
1 octobre 2027
Paris-Saclay
PHENIICS (PHENIICS)
Saclay
CEA
Direction de la Recherche Fondamentale
Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’univers
Service de Physique Nucléaire
Laboratoire études du noyau atomique (LENA)