Approche d’ingénierie système basée sur les modèles pour l'automatisation et l'optimisation de l'exploration d'architectures de contrôle de qubits // Model-Based Systems Engineering approach for the automation and optimization of qubit control architectur

La conception de l'architecture système pour contrôler des millions de qubits dans un ordinateur quantique est un défi complexe en raison des contraintes strictes issues de domaines techniques hétérogènes (micro-électronique, information quantique, thermique). Elle requiert des formalismes et des outils dédiés pour permettre son automatisation et optimisation. Là où les approches traditionnelles restent cloisonnées, l'ingénierie système basée sur les modèles (MBSE) et le langage de modélisation standard SysML v2 apportent un cadre d'intégration unique pour l'analyse et l'exploration des espaces de conception de systèmes multi-physiques complexes.
Pour capturer ces architectures dans des modèles SysML v2, ce travail de recherche vise à proposer des adaptations de ce langage de modélisation au domaine quantique en créant des extensions dédiées (bibliothèques et métadonnées).
A partir de ces modèles, ces recherches exploreront comment les algorithmes quantiques ou hybrides de référence impactent ces architectures, notamment à l’aune de l’estimation des ressources nécessaires à ces applications et des mécanismes de correction d’erreurs employés.
La thèse entend développer une démarche pour l'automatisation et l'optimisation de l'exploration de ces architectures. Pour cela elle étudiera comment adapter des algorithmes de recherche opérationnelle à l’exploration de l’espace de conception, en y intégrant des analyses de sensibilité, des heuristiques de relaxation de contraintes et une prise en compte des incertitudes physiques.
Ce travail de recherche ambitionne d'identifier les paramètres les plus dimensionnants et d’apporter des connaissances nouvelles capables d’orienter vers les axes de R&D les plus prometteurs.
La thèse sera réalisée au CEA Grenoble.
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Designing the system architecture to control millions of qubits in a quantum computer is a complex challenge, driven by strict constraints spanning heterogeneous technical domains (microelectronics, quantum information, thermics). Addressing this complexity requires dedicated formalisms and tools to enable automated design and optimization. Where traditional approaches remain siloed, Model-Based Systems Engineering (MBSE) and the SysML v2 standard modeling language provide a unique integration framework for analyzing and exploring complex multi-physics design spaces.
To capture these architectures within SysML v2 models, this research aims to adapt this modeling language to the quantum domain by developing dedicated extensions (libraries and metadata).
Based on these models, this work will explore how reference quantum or hybrid algorithms impact these architectures, particularly through resource estimation for these applications and the applied error-correction mechanisms.
The PhD thesis intends to develop a methodology for automating and optimizing architectural exploration. To this end, it will investigate the adaptation of operational research algorithms for design space exploration, incorporating sensitivity analyses, constraint relaxation heuristics, and physical uncertainties.
This research aims to identify the most influential parameters and provide new insights capable of guiding efforts toward the most promising R&D avenues.
The thesis will be carried out at CEA Grenoble.
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Pôle fr : Direction de la Recherche Technologique
Pôle en : Technological Research
Département : Département Ingénierie Logiciels et Systèmes (LIST)
Service : LIDEO (DILS)
Laboratoire : Labo. ingénierie des langages exécutables et optimisation
Date de début souhaitée : 01-01-2027
Ecole doctorale : Sciences et Technologies de l’Information et de la Communication (STIC)
Directeur de thèse : MRAIDHA Chokri
Organisme : CEA
Laboratoire : DRT/DILS//LSEA

Public/private mixed funding

Pôle fr : Direction de la Recherche Technologique
Pôle en : Technological Research
Département : Département Ingénierie Logiciels et Systèmes (LIST)
Service : LIDEO (DILS)

Master 2 ou ingénieur en informatique ou mathématiques appliquées à l’informatique, avec une spécialisation en ingénierie des systèmes ou en informatique quantique.