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La France veut sa part du quantique


C’est donc l’université de Paris-Saclay, récemment distinguée pour son excellence en mathématiques, et plus précisément le centre des nanosciences et nanotechnologies (C2N) du CNRS, qu’Emmanuel Macron a choisie pour présenter ce 21 janvier son plan destiné à propulser la France dans les grandes nations quantiques, aux côtés notamment de la Chine, des États-Unis, ou encore de Singapour. « On est dans un cadre où nous souhaitons investir sur des technologies essentielles pour notre souveraineté, et qui ont un gros potentiel de transformation. La France a le potentiel d’être bien positionnée et aimerait, à terme, ne pas se retrouver en marge parce qu’elle n’aurait pas développé ces technologies », signale le conseiller industrie et innovation à l’Élysée Matthieu Landon.

Une grand-messe donc qui, conditions sanitaires obligent, se fera en petit comité, mais sera hautement symbolique, tant cette discipline est à la fois contre-intuitive – « Toute per­sonne qui n’est pas cho­quée par l’in­for­ma­tique quan­tique ne la com­prend pas », avait l’habitude d’expliquer le physicien danois Niels Bohr –, mais porteuse de révolutions dans des domaines aussi différents que la chimie, la cryptographie, ou encore la prévision de trafic en temps réel.

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Pourquoi est-ce si contre-intuitif ? « Notre intuition est basée sur l’expérience quotidienne. Nous avons par exemple l’intuition de ce qui arrive lorsque nous lançons un projectile qui suit une trajectoire parabolique bien définie dans le champ de gravitation terrestre. Or les phénomènes quantiques n’obéissent pas aux lois simples de la physique classique. Un électron dans un atome ne suit pas une trajectoire définie. Il peut être à plusieurs endroits à la fois avant d’être détecté en un point. Cela exprime ce qu’on appelle le principe de superposition de la physique quantique, que l’Autrichien Erwin Schrödinger a illustré avec sa fable du chat à la fois vivant et mort, suspendu entre deux réalités classiques incompatibles », explique le Prix Nobel de physique Serge Haroche. Or, c’est la compréhension du monde microscopique qui a déjà permis des applications intéressantes dans le GPS, les IRM, les transistors, ou encore à la mémoire de nos ordinateurs.

Accompagner la deuxième révolution quantique

Très concrètement, ce plan, qui veut être le pendant de celui présenté sur l’intelligence artificielle il y a trois ans, vise à accompagner ce que l’on appelle « la deuxième révolution quantique » : une compréhension plus fine du comportement des photons qui pourrait avoir des applications dans la simulation de molécules, ce qui est peut-être utile pour développer de nouveaux médicaments, dans la prévision de la météo ou du trafic. Un exemple ? « Si on avait des ordinateurs plus puissants, on pourrait être capables de simuler le fait que tout le monde va demander la même chose au même moment et donc être capable de résoudre cet embouteillage. »

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Mobilisant 1,8 milliard d’euros – dont un peu plus d’un milliard de l’État –, ce plan veut notamment accompagner les domaines du calcul, de la simulation, les capteurs, mais aussi la communication et la cryptographie post-quantique, c’est-à-dire capable de répondre à la montée en puissance des ordinateurs. « Ces quatre champs d’exploration doivent être soutenus simultanément pour que la France devienne une puissance de premier plan », estime ainsi la directrice de recherche au CNRS et chercheuse à Sorbonne Université Eleni Diamnati, qui sera ce jeudi présente à Saclay.

Un retard enfin rattrapé ?

Question : ce plan, tardif, permettra-t-il à la France de revenir dans la course ? Notre pays compte des chercheurs de tout premier rang comme le physicien Daniel Estève, mais aussi Maud Vi­net, chercheuse au la­bo­ra­toire d’élec­tro­nique et de tech­no­lo­gie de l’in­for­ma­tion du com­mis­sa­riat à l’Éner­gie ato­mique, Alexia Auf­fèves, phy­si­cienne quan­tique à l’Ins­ti­tut Néel, Pascale Se­nel­lart, pro­fes­seure de mé­ca­nique quan­tique à Po­ly­tech­nique, ou encore El­ham Ka­she­fi, directrice de re­cherche au CNRS et pro­fes­seure à l’uni­ver­si­té d’Édim­bourg. Plusieurs industriels ont une carte à jouer comme Atos qui a déjà mis au point un simulateur quantique, Thalès, en pointe sur les capteurs de haut vol, plusieurs start-up prometteuses comme Qandella et Pasqal, et même le fonds d’investissement dédié Quantonation.

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Car la course mondiale est déjà bien lancée. Le 3 décembre 2020, une équipe de Chao-Yang Lu de l’University of Science and Technology of China, chapeautée à Shanghaï par le scientifique Jei-Wei Pan, a annoncé avoir mis au point un ordinateur quantique capable d’effectuer certaines opérations jusqu’à 100 milliards de fois plus vite que le plus avancé des ordinateurs actuels. Ce prototype peut détecter jusqu’à 76 photons à travers un échantillonnage gaussien de bosons, un algorithme de simulation standard. C’est une belle étape, mais il ne s’agit ici encore que de simulation. La suprématie quantique, c’est-à-dire la capacité pour un ordinateur s’appuyant sur les principes de la physique quantique de résoudre des calculs difficilement réalisables, mobilise tous les esprits. Google en avait fourni un aperçu en octobre 2019, avec un processeur installé dans un hangar de l’université de Santa Barbara et capable de réussir en 200 secondes une opération qui aurait demandé de 2,5 à 10 000 ans à un supercalculateur classique.

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« On aura une vraie suprématie lorsque l’on pourra régler un problème de notre quotidien, par exemple, calculer en temps réel l’énergie électrique disponible produite par des éoliennes », explique le physicien Alain Aspect, maître de conférences à l’École polytechnique. Sur ce sujet, la start-up Pasqal, basée à Paris, pourrait réserver une belle surprise cette année. L’autre chantier est la création d’un Internet quantique, c’est-à-dire la transmission de données sécurisées à distance en s’appuyant sur l’intrication quantique, qui permet de préparer des paires de photons éloignés dont les états sont corrélés. Une aventure qui mobilise les chercheurs néerlandais qui travaillent sur une liaison entre les villes de Delft et La Hague, ou encore… chinois qui ont fait la démonstration, en janvier dernier, d’une expérience réussie de téléportation quantique entre un satellite et une station au sol.

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