Quantique : « nous proposons de mettre en place un programme national ambitieux »

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Après l’intelligence artificielle, le gouvernement a commandé un rapport sur « le tournant numérique majeur » que sont les technologies quantiques. Iordanis Kerenidis, directeur de recherche CNRS à l’Institut de recherche en informatique fondamentale1 et directeur du Paris Centre for Quantum Computing2, est co-rapporteur de ce texte dévoilé le 9 janvier.

  • 1. CNRS/Université Paris Diderot
  • 2. CNRS/Université Paris Diderot/Sorbonne Université

Comment se place la France, comparée à d’autres pays, sur la course au quantique ?

Iordanis Kerenidis : La France possède un grand vivier de scientifiques excellents qui travaillent sur les technologies quantiques depuis des années : elle est donc très bien placée par rapport à ses voisins européens sur le plan de la recherche. Ce qui manque, c’est une véritable synergie entre les académiques et les entreprises qui doivent travailler ensemble pour créer des innovations concrètes et des cas d’usage industriels.

Expérience de mesure quantique (chercheur, matériel sophistiqué)
L'expérience BIARO est une expérience de mesure quantique à base d'atomes froids : l'objectif est d'obtenir une précision de mesure supérieure à celle obtenue par une méthode classique.

Pour cela, nous proposons de mettre en place un grand programme national comme il en existe déjà en Allemagne, en Angleterre, aux Pays-Bas ou en Chine. Nous avons identifié trois hubs français qui possèdent une certaine masse critique de scientifiques, ingénieurs, entrepreneurs travaillant sur les technologies quantiques : Paris, Saclay et Grenoble. Notre rapport conseille de les renforcer, surtout au niveau des ressources et de l’enseignement pour attirer et former la nouvelle génération de scientifiques et d’entrepreneurs.

Bien sûr, il est difficile de rester compétitifs face aux États-Unis qui profitent d’un fort investissement du secteur privé avec les GAFAM3, comme Google, qui investissent beaucoup sur les technologies quantiques. Mais il est important que l’Europe, avec un soutien majeur de la France, développe ses propres technologies. Cela aussi pour des questions de souveraineté et d’indépendance. La technologie quantique offre un vrai potentiel de rupture et des avantages considérables pour découvrir des nouveaux matériaux, mais aussi en pharmacologie, finance, énergie, sciences environnementales et sécurisation des données sensibles... Et ce n’est que la partie émergée de l'iceberg ! C’est maintenant qu’il faut agir pour ne pas rater cette grande opportunité.

Que pouvons nous attendre du quantique en terme d’innovation et de développement ?

I. K. : En France, nous développons des algorithmes quantiques et des environnements logiciels pour les utilisateurs finaux, et nous travaillons sur l’intégration de versions quantiques des accélérateurs de calcul (type GPU) dans les systèmes de calcul à haute performance (HPC). Notre pays a un vrai rôle de leader à jouer avec ses partenaires européens dans ce domaine. De même pour les communications quantiques, ces technologies exploitant les propriétés quantiques pour renforcer la sécurité (cryptage) ou l'efficacité des télécommunications, où la recherche française est de très haut niveau. Sur le matériel quantique, nous faisons aussi un grand effort sur les technologies à base de silicium ou centrées sur les atomes froids Nos propositions dans ce rapport visent à accélérer les efforts importants déjà en cours en France pour que notre pays soit à l’avant-garde de ce virage technologique incontournable.

Vous êtes co-rapporteur, avec Paula Forteza, députée des Français de l’étranger, et Jean-Paul Herteman, ex-PDG de Safran, du rapport sur le quantique. Comment avez-vous procédé pour établir ce rapport ?

I. K. : Notre travail a commencé en mars 2019 avec la collaboration du Ministère de la Recherche, de l’Enseignement supérieur et de l’Innovation, du Ministère de l'Économie et des Finances, et du Ministère des Armées. Nous avons mené une série d’entretiens avec tous les acteurs de l’écosystème quantique français : des scientifiques, des industriels, des startups, des représentants d’organismes de recherche — comme Alain Schuhl, directeur général délégué à la science du CNRS, ou Bruno Sportisse, PDG d’Inria — ainsi que des décideurs politiques. Cela nous a permis d’évaluer la place de la France dans ce domaine : nos points forts, bien sûr, mais aussi les possibilités d’actions pour passer à la vitesse supérieure et ne pas rater ce tournant numérique majeur. Le rapport qui a été présenté le 9 janvier détaille de nombreuses propositions, mais nous avons pris le temps d’échanger avec les acteurs principaux pour vérifier qu’elles étaient bien accueillies et conformes aux attentes.

Vue d'artiste d'un processeur d'ordinateur quantique
Vue d'artiste d'un ensemble de dispositifs type nano-SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) disposés en parallèle, tels qu'ils pourraient l'être dans un processeur d'ordinateur quantique.

Quelles sont vos principales recommandations ?

I. K. : Nous avons listé 37 propositions dans ce rapport public. Par exemple, nous croyons qu’un des défis majeurs est de mettre en œuvre des applications réelles d'ici cinq ans, en utilisant des machines quantiques qui existent déjà et continueront à s'améliorer. Pour cela, nous proposons de mettre en place des projets qui regroupent tous les acteurs – scientifiques, organismes de recherche, industriels – pour  identifier les cas d’usages industriels les plus prometteurs (dans les domaines de la chimie, la logistique ou l’intelligence artificielle) et commencer dès maintenant à développer un environnement de calcul capable de tirer le plus grand bénéfice des accélérateurs quantiques en développement en France (par exemple à base du silicium ou des atomes froids) ou en Europe. Nous voudrions aussi héberger en France, avec la collaboration de l’Allemagne et d’autres partenaires, une plateforme européenne de calcul quantique diversifiée, évolutive et accessible aux communautés scientifiques et industrielles. Nous proposons encore que la France renforce son rôle de leader sur les réseaux et communications quantiques qui seront indispensables pour la sécurité dans l’ère quantique.

Aujourd’hui, une dizaine de start-up existe en France dans ce domaine. Nous souhaitons en avoir une cinquantaine d’ici 5 ans en nous appuyant sur les leviers existants : les concours d’innovation, l’accompagnement de la BPIFrance4, la loi Pacte qui facilite la mobilité des académiques vers le privé, etc.

Schéma d'un soliton, onde solitaire qui se propage sans déformation
Des physiciens de l'IM2NP (CNRS/Université Aix-Marseille) ont mis en évidence la possibilité de stocker un bit quantique, non pas sur un seul électron isolé, mais sur l'excitation localisée d'une soixantaine d'électrons interagissant fortement.

Il faut aussi consolider la partie formation : les experts sont rares aujourd’hui et la demande en techniciens, ingénieurs et chercheurs formés va s’accroitre. Nous proposons donc de créer des masters spécialisés et surtout d’ajouter des unités d’enseignement en algorithmique et cryptographie quantiques dans les masters et cycles d’ingénieurs existants.

Enfin, les technologies quantiques restent difficiles à comprendre et font émerger des questions complexes, notamment éthiques et environnementales, avec des retombées sociétales et économiques. Expliquer cette technologie, la rendre concrète aux yeux du grand public est une des conditions sine qua none du succès de notre stratégie.

En guise de conclusion, l’heure est à l’optimisme, un optimisme pragmatique mais réel. La deuxième révolution quantique devrait bien voir le jour et il nous incombe, à nous tous, de la mener à bien.

  • 3. Le terme GAFAM représente les cinq grandes firmes américaines considérées comme des géants du Web : Google, Apple, Facebook, Amazon et Microsoft.
  • 4. Banque Publique d'Investissement