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Thèse : Prise de décision socialement optimale basée sur les états de moment angulaire orbital à N-photons (H/F)

Cette offre est disponible dans les langues suivantes :
Français - Anglais

Date Limite Candidature : mardi 29 juin 2021

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Informations générales

Référence : UPR2940-ELOBER-045
Lieu de travail : GRENOBLE
Date de publication : mardi 8 juin 2021
Nom du responsable scientifique : BACHELIER Guillaume
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 octobre 2021
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

L'exploration de nouvelles stratégies de prise de décision est un besoin majeur en vue d'augmenter la capacité à gérer un nombre étendu de "bandits" (joueurs dans le langage théorique des jeux), mais aussi à traiter des choix complexes avec un nombre arbitraire de résultats. Dans le même temps, le maintien de la capacité à contrôler à distance le type d'interactions entre les joueurs est la pierre angulaire de ce projet.

Pour relever ces défis globaux, toutes les ressources offertes par la nature quantique des photons doivent être exploitées : la cohérence (qui permet des réponses corrélées entre les joueurs), la superposition quantique (qui fournit des propriétés uniques déterminant les choix des joueurs) et tous les degrés de liberté associés aux particules sans masse (élargissant l'espace de phase accessible).

Dans cette optique, de nouveaux aspects seront introduits dans les stratégies de prise de décision :
- des multiplets de photons seront générés pour émuler de plus grandes assemblées de joueurs,
- les moments angulaires orbitaux (OAM) élargiront le nombre de degrés de liberté (choix disponibles) par rapport aux stratégies basées sur la polarisation,
- le niveau de discernabilité sera exploité pour contrôler la cohérence des choix des joueurs
- et le spectre complet entre les états factorisables et les états quantiques intriqués sélectionnera le type de règles introduites entre les joueurs.

Dans ce projet, nous visons à mener des recherches sur l'optimisation parallèle exploration-exploitation des point de vues théoriques, numériques et expérimentaux, en élargissant les travaux précédents à plus de "bras" (choix dans le langage de la théorie des jeux), à des situations plus réalistes et avec une comparaison quantitative avec les algorithmes conventionnels existants.
Basé sur la nature quantique fondamentale de la lumière, ce travail devrait apporter des avancées significatives dans divers domaines tels que le partage des ressources, l'apprentissage par renforcement et le traitement quantique parallèle.

Trois objectifs principaux sont visés.
Premièrement, sur la base de la théorie des jeux, nous voulons établir les protocoles requis pour N joueurs (photons) ayant M choix possibles (moments angulaires) dans un large éventail de règles sociales allant de l'individualisme total (photons discernables) au travail en équipe (particules indiscernables) avec des schémas d'interactions spécifiques (des états quantiques factorisables aux états quantiques intriqués). Comme indiqué clairement entre parenthèses, cela nécessitera de travailler en parallèle sur un terrain théorique pour exploiter toutes les propriétés quantiques connues des photons.
Ensuite, notre objectif est de fournir une preuve de concept en construisant des montages expérimentaux permettant de manipuler tous les degrés de liberté des photons, ce qui implique de construire des sources de photons multiples (pas seulement des sources de photons uniques ou de paires de photons, mais des configurations permettant l'émission de N photons avec un degré d'intrication donné), de manipuler les OAMs et la discernabilité, et enfin de concevoir des appareils de détection pour traduire les propriétés quantiques des états de photons préparés en décisions.
Enfin, afin de valider les nouvelles stratégies de décision quantique proposées ici, nous comparerons les résultats théoriques et expérimentaux aux algorithmes conventionnels existants afin de démontrer leur supériorité.

Contexte de travail

Ce travail sera financé dans le cadre du programme commun CNRS-UTokyo, pour lequel une bourse de thèse est prévue de part et d'autre avec un soutien financier pour les frais de déplacement.

L'équipe du CNRS de Grenoble est spécialisée dans la recherche expérimentale en optique et photonique, avec une expertise allant de l'optique non linéaire à la plasmonique, de l'optique en champ proche à l'optique quantique, avec des perspectives de collaboration locale prometteuses grâce à l'activité de recherche de pointe de l'Institut Neel. Son expertise en matière de théorie des jeux et de sujets d'intelligence artificielle connexes est récente, ce qui limite sa capacité à appliquer en toute autonomie ses recherches à ce domaine très actif.

D'un autre côté, l'équipe de l'université de Tokyo possède une expertise reconnue dans le développement de systèmes photoniques destinés à des applications telles que la prise de décision, les réseaux adversariaux génératifs ou l'apprentissage basé sur la qualité (Q-learning).

Ce projet est l'occasion parfaite de renforcer la collaboration existante depuis 8 ans (une dizaine de publications communes) entre ces deux équipes très complémentaires, d'élargir le spectre des applications côté CNRS Grenoble et de contribuer au développement de l'activité de recherche côté UTokyo.

Contraintes et risques

Les risques potentiels sont limités à l'utilisation de laser de classe 3B à 4.

Informations complémentaires

Le candidat retenu doit être titulaire (ou sur le point de l'être) d'un master ou d'un diplôme équivalent en physique et s'intéresser aux aspects théoriques et expérimentaux de la recherche en optique quantique.
Il ou elle bénéficiera d'une bourse de doctorat pour travailler sous la supervision de Guillaume Bachelier à l'Institut Néel de Grenoble, France. Toutefois, il ou elle sera fortement impliqué(e) dans une collaboration internationale et se rendra à Tokyo au moins une fois par an pour plusieurs semaines dans l'équipe du professeur Makoto Naruse, qui dispose d'un vaste réseau de collaboration à travers le Japon et au-delà, et qui supervisera le doctorant travaillant sur ce projet à UTokyo.

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