Les grandes manœuvres de l’informatique quantique

Plusieurs journaux, comme la MIT [Massachusetts Institute of Technology] Technology Review ou The Economist ont annoncé que 2017 serait une année pivot pour les technologies quantiques. Les recherches consacrées à la conception et la construction d’un ordinateur quantique universel deviennent en effet un véritable enjeu industriel, dans lequel s’engagent de nombreux acteurs de premier plan [1].

L’informatique quantique implique la manipulation de qubits, analogues quantiques du bit dont les propriétés spécifiques (superposition, intrication) permettent d’accroître considérablement la capacité des machines, en termes à la fois de puissance de calcul et de résolution de problèmes [2]. L’essor actuel de cette technologie est motivé par de nombreux facteurs, dont la rencontre de limites physiques de plus en plus prégnantes à la miniaturisation des puces et l’accroissement de la puissance de calcul [3].

Enjeu économique

Les investissements dans l’informatique quantique vont croissant depuis quelques années. The Economist répertorie ainsi plus de 1,5 milliard de dollars US de dépenses pour la recherche dans les technologies quantiques à travers le monde en 2015. Des groupes comme Google, IBM ou Microsoft se livrent désormais à une véritable compétition dans le domaine : leur objectif annoncé pour 2017 est à la fois l’accroissement de la puissance de calcul (atteindre les 50 qubits, seuil théorique à partir duquel l’informatique quantique dépasse le potentiel de l’informatique classique) et de passer de la recherche théorique à l’ingénierie [4].

Premier acteur majeur à s’être positionné sur ce secteur, Google a fortement médiatisé les « prouesses » de son prototype D-Wave. Longtemps critiqué, celui-ci a maintenant atteint un seuil d’efficience certain. Il a par exemple pu être mobilisé en collaboration avec la NASA (National Aeronautics and Space Administration) dans le cadre de missions robotisées dans l’espace [5]. IBM annonce des ambitions similaires et apparaît, au printemps 2017, comme l’un des acteurs les plus avancés [6] avec Big Blue, qui a par ailleurs rendu son prototype accessible via le cloud et proposé une interface de programmation : l’entreprise envisage même une offre commerciale d’informatique quantique dans les prochaines années. Microsoft s’engage pour sa part dans des recherches de plus long terme encore [7].

En France et en Allemagne enfin, Atos [8] développe, sous l’impulsion de Thierry Breton, un programme de recherche dans le domaine.

Un enjeu politique et de sécurité, mais de nombreuses autres applications

Ces investissements sont encouragés par de vastes programmes publics cherchant à constituer de véritables écosystèmes dédiés. En 2016, l’Union européenne a ainsi annoncé le lancement d’un programme d’investissement d’un milliard d’euros pour le développement et la diffusion des technologies quantiques. De nombreux investissements sont réalisés aux États-Unis (souvent par l’intermédiaire de la DARPA, la Defense Advanced Research Projects Agency) et en Chine [9]. L’informatique quantique apparaît en effet comme un enjeu de sécurité nationale, en particulier en matière de cryptographie et de sécurité des données, les algorithmes quantiques rendant les formes de cryptage actuellement utilisées obsolètes [10]. Dès 2015, l’European Telecommunications Standards Institute (ETSI) a de ce fait signalé la menace que le développement de l’informatique quantique pose en termes de cybersécurité, et souligné la nécessité d’une refonte des systèmes de cryptographie actuels. En 2015 également, la NSA (National Security Agency) a annoncé, aux États-Unis, la mise à jour de tous ses systèmes de cryptographie [11].

Les promesses du calcul quantique vont au-delà de ces questions. Un des domaines dans lesquels le plus de progrès sont attendus est celui de l’optimisation. Les tâches d’optimisation, difficiles à résoudre pour des ordinateurs conventionnels, se posent en effet à de nombreux acteurs du monde économique (par exemple pour la logistique). De ce fait, des entreprises comme Volkswagen, dont l’informatique ne constitue pas le cœur de métier, mais dont l’activité implique la résolution d’importants problèmes d’optimisation, s’engagent également dans des recherches consacrées à l’informatique quantique [12].

Compétition technique et scientifique

Plusieurs pistes de recherche sont suivies par les grands acteurs pour le développement de calculateurs quantiques [13]. Ces différentes architectures ne fonctionnent pas avec n’importe quel algorithme : D-Wave de Google ne peut par exemple pas « faire tourner » les algorithmes de Shor (qui permet de factoriser les grands nombres) et de Grover (qui permet de chercher des informations dans une base de données). En d’autres termes, les travaux en cours visent pour le moment à la conception de calculateurs adaptés à certaines tâches déterminées et non encore à la mise au point d’un ordinateur à proprement parler. L’enjeu des années à venir est l’hybridation et l’augmentation des ordinateurs classiques par des calculateurs quantiques spécialisés sur des questions bien déterminées. Cette hybridation implique cependant des recherches multiples, à la fois dans conception des prototypes, le renouvellement de l’algorithmique ou la mise au point de systèmes d’exploitation permettant le couplage, domaines qui mobilisent une communauté croissante de chercheurs. Certaines universités comme le MIT, l’université de Waterloo ou l’École polytechnique fédérale de Lausanne utilisent déjà le prototype quantique en ligne d’IBM comme outil d’enseignement.