Qui gagnera la bataille de l'ordinateur quantique ?
Olivier Ezratty
La Chine a annoncé le 3 mai 2017 que des chercheurs de Shanghai avaient mis au point le premier ordinateur quantique dépassant un ordinateur classique.
[Série 2/2] Qubit or not qubit ? Telle est la question à l'âge de l'informatique quantique. Cette technologie pourrait résoudre des problèmes que même les ordinateurs les plus puissants ne savent pas résoudre. Son potentiel de disruption est gigantesque, à condition que cela marche.
Quels pays investissent le plus dans le quantique ?
L'informatique quantique est un secteur technologique stratégique à différents titres. C'est l'un des grands domaines d'application du quantique avec la cryptographie quantique qui sécurise les liaisons et la cryptographie post-quantique qui évite les effets du cassage de clés publiques par le fameux algorithme quantique de Peter Shor de 1994, qui factorise les nombres entiers en nombres premiers. Le calcul quantique est porteur d'applications critiques qui vont étendre le champ du numérique au-delà de ce qui est faisable aujourd'hui, notamment dans le domaine de la santé, de l'environnement, de l'intelligence artificielle et de nombreux problèmes d'optimisation complexes.
Ses perspectives sont cependant incertaines. On navigue entre les optimistes et les pessimistes. Google, IBM et Microsoft pensent atteindre relativement rapidement la suprématie quantique, correspondant à la capacité à réaliser des traitements quantiques totalement inaccessibles aux ordinateurs traditionnels, avec des ordinateurs quantiques de plus de 100 qubits d'ici à quelques années. Les pessimistes comprennent notamment le chercheur israélien Gil Kalai qui pense que l'on n'arrivera jamais à créer des ordinateurs quantiques opérationnels avec un grand nombre de qubits et un faible taux d'erreurs.
Entre les deux se situent des scientifiques comme le Français Alain Aspect, connu pour son expérience de 1982 ayant prouvé l'intrication de photons à distance. Selon lui, il n'y aurait pas d'obstacle scientifique à la création d'ordinateurs quantiques fiables. Il pense que l'incertitude est uniquement technologique et qu'il faudra quelques décennies pour la lever.
Ce lot d'incertitudes pose des questions existentielles sur la manière de gérer un tel cycle d'innovation au long cours. Quand faut-il investir ? Quand les positions sont-elles prises ? À quel moment la recherche fondamentale passe-t-elle à l'industrialisation ?
Les grands industriels américains et chinois tels que IBM, Google, Intel, Microsoft ou Alibaba peuvent se permettre d'investir en R & D dans le quantique avec une vision à très long terme. Des startups plus ou moins bien financées au Canada et aux États-Unis, comme D-Wave, Rigetti ou IonQ, peuvent aussi adopter une vision à assez long terme, même si elle dépend toujours de leur capacité à commercialiser des prototypes d'ordinateurs quantiques et à trouver des investisseurs à même de les accompagner sur de nombreuses années avant de voir la couleur de leur retour sur investissement. Les montants correspondants ne sont pas forcément délirants. Rigetti a levé à ce jour 70 millions de dollars, un montant maintenant accessible à des startups françaises dans les biotechs ou le numérique en général.
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L'industrie des logiciels destinés aux ordinateurs quantiques est balbutiante. La majeure partie des éditeurs de ce secteur est consacrée aux ordinateurs quantiques adiabatiques du canadien D-Wave, tels que l'australien QxBranch et le canadien 1QBit. Les grands acteurs et startups qui planchent sur les calculateurs quantiques ont tous investi dans le logiciel, à commencer par les outils de développement d'algorithmes et d'applications quantiques. Chacun ambitionne évidemment de créer des plateformes logicielles leaders. Certaines sont déjà disponibles dans le cloud, comme chez IBM, Microsoft, Google, Rigetti et Alibaba. Comme le domaine est immature, les places restent à prendre en adoptant une approche à long terme.
La mobilisation des États
Les pouvoirs publics de ces différents pays se sont mobilisés de manière très différenciée sur le quantique. C'est le Royaume-Uni qui semble s'être mobilisé le premier en Europe, et ce, avec un plan publié dès 2013.
Aux États-Unis, la coordination inter-agences fédérales des recherches sur le quantique a démarré en octobre 2014. La Maison Blanche s'est intéressée au sujet en 2016. Le département de l'énergie est très actif dans la recherche sur les différentes applications du quantique, sans compter l'inévitable NSA. Les États-Unis sont très inquiets des avancées de la Chine dans le quantique.
Le Japon investit sur le long terme dans l'exploration de l'informatique quantique, dans la lignée de leurs efforts dans les supercalculateurs. Le fonds d'investissement de Softbank, abondé par la famille Saoud, est doté de 100 B$ et doit investir tous azimuts dans le quantique.
La Chine affirme haut et fort ses ambitions dans le secteur du quantique. Elle s'est aussi lancée dans des efforts tous azimuts, touchant la cryptographie, les télécommunications, la simulation et le calcul quantiques. Les premiers plans ont été annoncés en 2013. Leur projet le plus ambitieux est l'annonce d'un centre de recherche de 10 milliards de dollars qui doit ouvrir en 2020. Plusieurs laboratoires publics chinois ont déjà annoncé la création de divers prototypes d'ordinateurs quantiques à supraconducteurs ou optique linéaire. Alibaba s'intéresse à la cryptographie quantique et propose déjà l'accès dans le cloud à un ordinateur quantique originaire de la recherche publique avec 22 qubits.
"Les Etats-Unis sont très inquiets des avancées de la Chine"
L'Union européenne se mobilise autour d'un « flagship project » lancé en 2018 pour financer de la recherche collaborative sur l'ensemble des pans du quantique avec la métrologie, la communication, le calcul et la simulation quantiques, à raison, théoriquement, de 1,2 milliard d'euros étalés sur dix ans dans des programmes de recherche collaborative. Mais peu d'entreprises semblent prêtes à prendre le relais, à part de nombreux industriels américains qui collaborent avec les laboratoires européens. Microsoft a recruté à l'université de Delft. Intel a aussi chassé à Delft et IBM est partenaire de l'ETH Zurich qui abrite pas mal de spécialistes du quantique. Est-ce le scénario souhaité ? La France dispose pour sa part d'une recherche de qualité, notamment avec des équipes du CEA dirigées à Saclay par Daniel Estève et à Grenoble par Maud Vinet ainsi que de nombreuses équipes du CNRS. Nous avons quelques startups dans les couches basses physiques du quantique comme Muquans et ses outils de métrologie quantique, Cryoconcept et ses systèmes de cryogénie, et Quandela avec ses sources de photons. Et aucune dans le logiciel !
Seul Atos sort du lot en France et même à l'échelle européenne. Ils veulent devenir un acteur des supercalculateurs et du logiciel dans le calcul quantique. Ils développent des compétences dans les algorithmes et la programmation de calculateurs quantiques avec le langage aQasm, qui peut fonctionner sur tout ordinateur quantique présent ou futur. Ils ont développé un simulateur quantique sur serveurs à base de processeurs Intel Xeon. Ils collaborent avec le CEA et l'équipe de Daniel Estève, se préparant à construire à terme un ordinateur quantique une fois la technologie mise au point par ses partenaires. Ils travaillent aussi sur la cryptographie post-quantique. La société semble visionnaire sur le quantique mais un peu seule dans le concert européen. Il leur faudra rapidement adopter une stratégie de plateforme et d'écosystème, et séduire les développeurs d'applications !
Quelles stratégies industrielles pour le quantique ?
Les analystes situent la taille du marché de l'informatique quantique entre 500 millions de dollars et 10 milliards de dollars entre 2023 et 2024, un horizon de temps peut-être un peu trop proche. C'est un montant modeste au regard des 590 milliards de dollars de l'informatique traditionnelle, grand public et professionnelle.
Les États sont motivés à investir dans le quantique pour des raisons stratégiques : à la fois dans l'idée de pouvoir décrypter les télécommunications existantes ou passées dans le cadre de l'activité de leurs services de renseignement, et de protéger les leurs. Le quantique est donc, plus que presque toute autre technologie numérique, un outil de souveraineté stratégique des États. Mais l'informatique quantique est aussi un outil extraordinaire pour créer des solutions inaccessibles aux ordinateurs classiques afin de faire avancer la science et la recherche.
Quel serait le meilleur timing de l'investissement privé dans l'informatique quantique ? Malgré la belle dynamique autour des deep tech que l'on sent en Europe et en France, ce type de financement semble pour l'instant accessible uniquement en Amérique du Nord. Il nous faut inventer des modèles entrepreneuriaux et de financement permettant de conduire des aventures au long cours dans le secteur privé, à l'image de la longue histoire du canadien D-Wave, créé en 1999, ayant commercialisé ses premiers ordinateurs quantiques approximatifs dix ans après, et ayant levé en tout près de 200 millions de dollars. Comme d'habitude se posent les habituelles questions de la création de startups par des chercheurs ou de l'exploitation de leurs travaux par des entrepreneurs qui ne sont pas des chercheurs. À part Atos, quelles autres entreprises européennes et françaises établies et orientées produit pourraient se lancer dans le quantique ?
Nous avons l'opportunité de créer un écosystème logiciel avec des outils de modélisation, de développement et des applicatifs métiers, le tout s'appuyant sur des compétences mathématiques qui ne manquent pas.
Il faut donc s'activer si l'on veut éviter de se voir une fois de plus dominés par des acteurs américains ou canadiens. Le syndrome de l'émergence des Gafa peut se reproduire facilement dans le quantique. Si la France annonçait la couleur sur le sujet, il vaudrait mieux que cela se fasse très rapidement. Et pas dans cinq ans avec un « plan de rattrapage » comme l'est le rapport Villani pour ce qui est de l'intelligence artificielle.
