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Dans le calcul quantique, la course aux qubits reste ouverte

La large avance des supercalculateurs de Google et d’IBM ne doit pas masquer les autres technologies. Riche, divers et tourné vers l’industrie, l’écosystème français a de quoi faire des étincelles.
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Dans le calcul quantique, la course aux qubits reste ouverte
Le calculateur quantique Sycamore de Google. © Google / Rocco Ceselin

Il n’y a pas que les qubits supraconducteurs. La démonstration de la supériorité du calcul quantique sur le calcul classique publiée en décembre 2020 par l’équipe chinoise de Chao-Yang Lu est venue le rappeler. Leurs bits quantiques, ou qubits, ces éléments matériels qui codent l’information des calculateurs quantiques, s’appuient en effet sur des photons.

Les qubits supraconducteurs représentent certes la technologie de qubits la plus avancée. Et pour cause : ses champions sont Google et IBM. Le premier avait fait sensation avec sa puce de 54 qubits à l’automne 2019. Le second a dévoilé en septembre 2020 une puce à 65 qubits, et compte dépasser les 100 qubits dès 2021, avant d’atteindre 1 221 qubits en 2023. Des start-up se sont lancées à leur poursuite dans la voie des supraconducteurs, comme l’américain Rigetti, qui a levé 79 millions de dollars en 2020 pour son calculateur à 32 qubits, en plus des 119 millions déjà récoltés. Pour autant, la messe est loin d’être dite. La course aux qubits reste ouverte, avec d’autres technologies qui progressent très vite, notamment en France.

Des alternatives aux qubits supraconducteurs
Les qubits, équivalents quantiques des bits classiques, peuvent prendre la forme de divers objets physiques, pour peu que ces derniers expriment leurs précieuses propriétés quantiques de superposition et d’intrication. Nombre d’investisseurs misent sur des alternatives aux qubits supraconducteurs : l’américain IonQ avec son calculateur à base d’ions piégés a déjà obtenu 84 millions de dollars. PsiQuantum, la spin-off de l’université de Bristol, en Angleterre, aujourd'hui sise à Palo Alto, en Californie, a levé 230 millions de dollars pour ses qubits photoniques. Sans compter Intel, qui planche à la fois sur les supraconducteurs et la filière silicium, et Honeywell, géant industriel arrivé plus tard dans la bataille, mais qui a présenté en octobre 2020 un calculateur quantique à 10 qubits à ions piégés, "de la meilleure qualité à l’heure actuelle", comme le reconnaît Denise Ruffner, la vice-présidente d’IonQ.

Si les alternatives aux qubits supraconducteurs sont ainsi explorées, c’est que ces derniers souffrent de nombreuses limites – notamment un taux d’erreur important – et d’incertitudes quant à leur marge de progression. Ce dernier point est souligné par Olivier Ezratty, auteur du livre en accès libre 'Comprendre l’informatique quantique'. "L’enjeu majeur est la mise à l’échelle, soit la capacité de créer des ordinateurs quantiques avec un grand nombre de qubits aussi faiblement bruités que possible pour que les calculs soient fiables, souligne-t-il. Cela implique énormément de défis en termes d’ingénierie, qui varient en fonction de la technologie adoptée".

Les records de qubits ne suffisent pas
Les partisans de la filière supraconductrice peuvent revendiquer des nombres record de qubits pour leurs puces. "Mais ils ont besoin de près de deux semaines rien que pour lancer leur machine, qui ne fonctionne qu’à des températures extrêmement basses, de l’ordre du millikelvin [0 kelvin, le zéro absolu, étant égal à - 273,15 °C, ndlr]", note Valérian Giesz, le PDG de la start-up française Quandela, spécialiste des photons. Ce refroidissement extrême est un frein à la mise à l’échelle.

IBM affirme vouloir le lever avec Goldeneye, un cryostat géant. "Mais cela ne suffira pas", estime Olivier Ezratty. Les qubits à base d’ions piégés sont une autre voie possible, qui font beaucoup parler d’eux en ce moment grâce à IonQ et Honeywell. "Ces qubits sont parmi les plus fiables, avec les taux d’erreur les plus faibles. Mais on ne sait pas s’il est possible d’obtenir plus de 100 qubits avec cette technologie", remarque le consultant.

Viser des applications commerciales
Deuxième puissance européenne des technologies quantiques, derrière le Royaume-Uni, la France a de solides atouts pour jouer la course aux qubits. À commencer par des laboratoires de physique quantique parmi les meilleurs au monde. Le pays compte aussi une quinzaine de start-up positionnées sur presque toutes les pistes technologiques explorées pour réaliser des qubits. Les supraconducteurs avec Alice & Bob, les atomes froids avec Pasqal, les photons avec Quandela et le silicium avec l’ambitieux consortium Quantum Silicon Grenoble, alliant le CNRS et le CEA.

Le plan quantique, enfin présenté en janvier, devrait leur donner un nouvel élan, avec 680 millions d’euros dédiés au seul calcul quantique. Il était grand temps, car la course aux qubits s’accélère : pas question d’attendre de parvenir à des qubits parfaits pour réaliser l’ordinateur quantique universel, encore mythique, les technologies retenues devront rapidement faire leurs preuves avec leurs limites et leurs défauts.

Des accélérateurs de calculs spécifiques
Tout le secteur assume ainsi de travailler non pas sur de véritables ordinateurs, mais sur des accélérateurs de calculs spécifiques reposant sur du hardware dit Nisq (noisy intermediate-scale quantum). Soit des puces à niveau de bruit significatif et à nombre de qubits limités.

Un positionnement plus raisonnable pour un objectif clair que résume ainsi Christophe Jurczak, le directeur général de Quantonation, un fonds d’investissement dédié aux technologies de rupture : "L’enjeu majeur, aujourd'hui, pour les acteurs du calcul quantique est de démontrer sa supériorité sur l’informatique classique dans des applications commerciales". Et pas seulement dans des tâches inutiles comme l’ont fait Google, l’équipe de Chao-Yang Lu et encore plus récemment une équipe incluant des chercheurs du CNRS. Les forces du quantique doivent se confronter au monde réel.
 

 


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