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Comment la France peut réussir dans le quantique # 197

Articles Revue TELECOM

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28/07/2020

par Olivier Ezratty dans la revue 197 

De la recherche à l’entrepreneuriat, la France a tout ce qu’il faut pour compter dans les technologies quantiques. Il lui reste à se mettre en ordre de bataille.

En octobre 2019, Google annonçait avoir atteint la « suprématie quantique » avec un calculateur quantique de 53 qubits. Pour la première fois, le calcul quantique permettait de réaliser un traitement inaccessible aux plus puissants supercalculateurs de ce bas monde. Le calcul en question ne servait à rien mais c’était tout de même une étape symbolique clé. C’était le signe que le calcul quantique s’apprête à révolutionner le paysage numérique. Cela concerne certes une panoplie d’algorithmes et de problèmes spécifiques auxquels les ordinateurs quantiques sont adaptés.

Sont en jeu la capacité à simuler la matière pour créer de nouveaux moyens de capter du CO2, de fabriquer des engrais azotés à un moindre coût énergétique ou d’améliorer le rendement de la photosynthèse artificielle pour capter l’énergie solaire. Ce sont des usages très positifs des technologies quantiques ! Le calcul quantique permettra à terme de résoudre d’autres problèmes complexes intéressant les secteurs de la santé, des transports, de la logistique, les services financiers et le vaste champ de l’intelligence artificielle.


Les technologies quantiques sont un enjeu de souveraineté

Le calcul quantique n’est d’ailleurs qu’une des applications de la physique quantique. Il faut y ajouter les télécommunications quantiques, la cryptographie quantique ainsi que la métrologie quantique. Cette dernière permet de réaliser des mesures de précision de la gravité, du magnétisme, du temps et d’autres grandeurs avec de nombreuses applications dans l’ingénierie, l’énergie, les métiers de la construction et la défense.

Les technologies quantiques sont devenues un enjeu de souveraineté, que ce soit autour des questions de cryptographie ou d’outillage pour la recherche et les industries, mais aussi dans les sonars et radars quantiques.

Ce potentiel technologique et industriel du quantique explique la mobilisation de nombreux États développés, notamment parce qu’ils sont les principaux organisateurs et financeurs de la recherche fondamentale.

Les grands pays se mobilisent autour du quantique

Aux USA, la coordination de la recherche dans les différentes branches du quantique a démarré en octobre 2014. En 2018, la communauté scientifique US s’inquiétait d’un risque de perte de leadership des USA sur le sujet face à la Chine qui investit en masse dans le domaine depuis 2015. Cela a abouti au National Quantum Initiative Act, une loi bipartisane poussée par le Congrès US et signée en décembre 2018 par Donald J. Trump. Elle dote les agences fédérales de 1,25 milliards de dollars de financements à distribuer sur appels à projets sur cinq ans. Ces montants pourraient doubler à partir de 2020.

Des plans nationaux quantiques ont aussi été lancés par la Chine (depuis 2015, 10 milliards de dollars annoncés), par le Royaume Uni (2013, plus de 1,5 milliards d’Euro de financés depuis), par l’Allemagne (plan de 650M€ annoncé en 2018), par les Pays-Bas (plan de 135M€ pour un ordinateur quantique lancé en 2015), par le Japon (plan de 20 ans avec un budget annuel de $276M annoncé en 2019), par l’Inde ($1,12B annoncés en février 2020), par l’Australie, par Singapour et plein d’autres pays. L’Union Européenne a lancé un Quantum Flagship en 2018 avec une première vague d’une vingtaine de projets financés à hauteur de 135M€, le total du plan devant représenter 1Md€.

Cette mobilisation s’est manifestée en France début 2019 avec une mission d’étude parlementaire, confiée par le Premier Ministre en mars 2018 à la députée Paula Forteza. Celle-ci a présenté son rapport en janvier 2020. Le plan du gouvernement devait être annoncé avant la fin de l’été 2020 avec une enveloppe globale de financements publics d’un milliard d’euros, plus que triplant les investissements du pays dans les technologies quantiques, complétés d’investissements privés et européens.

Les questions et enjeux sont nombreux. Peut-on éviter de se retrouver dans la situation actuelle de forte dépendance technologique dans le numérique vis-à-vis des grands acteurs américains ? Va-t-on voir les GAFA dominer l’informatique quantique et ne laisser que quelques miettes à l’Europe et à la France ? Quels sont la singularité et les atouts de la France ? Comment peut-elle tirer son épingle du jeu ? Quelle stratégie internationale développer ?

Les grincheux pourraient baisser immédiatement la garde et conclure péremptoirement que le pays n’a aucune chance dans ce jeu. Au contraire, la France peut jouer un rôle clé dans cette industrie en devenir et même tenir une place de leadership au sein de l’Europe.

La France sait créer des leaders dans les deep techs

L’Histoire récente a montré que dans les domaines très techniques du numérique, les acteurs français pouvaient jouer un rôle mondial. Dassault Systèmes est le numéro un mondial des logiciels de conception par ordinateur. Atos est un acteur respecté de la fourniture de supercalculateurs dans le monde.

Si l’on examine les startups françaises qui se sont bien développées aux USA, ce sont généralement des éditeurs de logiciels techniques (Talend, Docker, Datadog, …). La France abrite encore l’une des rares filières électroniques européennes avec STMicroelectronics et SOITEC, qui doivent leurs succès à une excellente valorisation de la recherche issue du CEA-Leti à Grenoble.

Les chercheurs français dans le quantique sont proches de l’industrie

On évoque souvent l’excellence de la recherche française. Dans le quantique, cette réputation est méritée. Les chercheurs des laboratoires du CNRS, de l’Inria et du CEA, sont sérieusement investis dans le domaine et ils sont reconnus à l’échelle mondiale avec plusieurs prix Nobel, notamment celui de Serge Haroche en 2012. Alain Aspect, Philippe Grangier et Jean Dalibard ont prouvé l’existence de l’intrication quantique dans leur fameuse expérience de 1982. Ils ont inspiré plusieurs générations de chercheurs et d’entrepreneurs en France et dans le monde.

Les chercheurs français du quantique ont cumulé à ce jour plus de 100 ERC (European Research Council research grants), soit plus de 10% des ERC français.

Iordanis Kerenidis (CNRS et QcWare) est un des grands spécialistes des applications du calcul quantique dans le machine learning. Maud Vinet (CEA-Leti) pilote le projet européen de la filière des qubits silicium. Alexia Auffèves (CNRS Institut Néel) est une spécialiste mondiale de la thermodynamique quantique. Pascale Senellart (CNRS C2N) est la créatrice d’un procédé unique de qubits photoniques et cofondatrice de la startup Quandela. Elham Kashefi (CNRS LIP6) est l’inventrice des fondements des traitements quantiques distribués et cofondatrice de la startup Veriqloud. Eleni Diamanti (CNRS-LIP6) est une grande spécialiste de la cryptographie quantique. Et ce ne sont que quelques-uns des chercheurs reconnus dans ce domaine ! Ce n’est pas de la recherche qui fuit la valorisation : toutes et tous sont tous proches de l’industrie.

Les entreprises ne sont pas en reste. Sous l’impulsion de Thierry Breton, Atos a lancé une initiative dans le calcul et la cryptographie quantiques en 2016. Thales est devenu de son côté un des acteurs mondiaux de la métrologie quantique.

Les planètes à aligner pour réussir

Pour réussir dans les technologies quantiques, de nombreuses planètes doivent être alignées en France. Il faut commencer par préparer les générations futures de scientifiques et d’ingénieurs dont la filière aura besoin. Cela comprend la création de véritables filières d’enseignement dédiées à l’ingénierie quantique. À ce titre Télécom Paris fait figure d’avant-gardiste.

Les technologies quantiques ne peuvent plus se cantonner à une thématique parmi d’autres de filières généralistes. Il faudra aussi pouvoir financer plus de chaires et de doctorants et post-doctorants. Il faudra aussi structurer des écosystèmes mettant en relation toutes ces compétences. Les technologies quantiques présentent la particularité d’être à la fois pointues et spécialisées et de demander une vision d’ensemble d’ingénieur généraliste. Elles intègrent en effet un nombre incroyable de disciplines : physique quantique bien entendu, thermodynamique, sciences des matériaux (notamment de la matière condensée), supraconducteurs, cryogénie, maîtrise des micro-ondes, lasers et photonique, théories de la complexité, mathématiques, algorithmie et plein d’autres encore. C’est le royaume de l’ingénierie.

En communiquant sur les opportunités du quantique, le pays peut donner un signal fort et créer des vocations. Via Bpifrance, l’État joue aussi un rôle clé dans le financement des startups et entreprises qui se lancent dans l’industrialisation d’applications liées aux technologies quantiques. L’établissement public vient de lancer le Lab Quantique avec Quantonation, le premier fonds d’investissement français spécialisé entièrement dans les technologies quantiques.

L’État est enfin un utilisateur potentiel des outils quantiques dans tous les domaines, notamment au niveau des armées.

Certains diront qu’il est trop tôt pour s’engager car les technologies quantiques ne sont pas encore au point. Il faudra encore une à deux décennies pour créer des ordinateurs quantiques suffisamment puissants pour qu’ils aient des usages nombreux. Par contre, les télécommunications, la cryptographie et la métrologie quantique sont plus matures.

Mais il n’y a pas d’innovation sans risque et sans incertitude. Ici, l’incertitude scientifique et technologique qui subsiste doit être prise comme une opportunité de faire la différence. C’est là que l’excellence de la recherche et de l’ingénierie peuvent faire la différence. C’est lorsqu’il existe ce genre d’incertitude qu’il est encore temps de faire des paris et la différence avec les autres pays. 

Le chemin du succès passe par plusieurs points clés : la patience et une vision long terme, l’organisation de la transversalité et de la collaboration entre les disciplines côté chercheurs (photonique, atomes froids, CMOS, supraconductivité en général, …) et entre la recherche et l’ingénierie. Suivent la capacité à prendre quelques risques et paris osés, la préparation des compétences de demain, la création d’un écosystème logiciel quantique et enfin, tout ce qui a trait à la création d’entreprises, de produits, au marketing et aux partenariats et développement internationaux autour duquel il faut bâtir des stratégies réfléchies. À plus long terme, l’enjeu sera d’inventer des usages en volume, si possible tournés vers le grand public. C’est là que se créeront les leaders internationaux. Il faut s’y préparer dès maintenant.


A retenir 

  • Les technologies quantiques se segmentent en calcul, télécommunications, cryptographie et métrologie quantiques.
  • La recherche est encore active et déterminante des progrès technologiques à venir.
  • L’avènement d’ordinateurs quantiques utiles prendra encore quelques années.
  • C’est dès maintenant que la France doit investir dans le domaine. Elle a toute sa place à y prendre.
  • Au-delà de l’excellence de ses chercheurs, elle gagnera par une bonne organisation, une meilleure vélocité et avec de la coopération internationale.


                                                             


Olivier Ezratty  

Olivier Ezratty  est consultant et auteur, spécialisé dans les deep techs avec notamment « Les usages de l’intelligence artificielle » (quatrième édition, novembre 2019, 624 pages) et « Comprendre l’informatique quantique » (seconde édition, septembre 2019, 504 pages), publiés en open source et téléchargeables en PDF sur www.oezratty.net
Formation: Ingénieur ECP (1985)


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