C'est un pas de géant pour Alice & Bob : la jeune pousse française spécialisée dans l'informatique quantique a réussi à concevoir le qubit supraconducteur le plus stable au monde. Cette avancée permet de multiplier par 100.000 le temps de vie des bits quantiques et constitue ainsi une avancée majeure vers la mise au point d'un ordinateur quantique susceptible d'avoir des retombées concrètes dans le monde réel.
Dans la foulée, Alice & Bob a levé 27 millions d'euros auprès de plusieurs investisseurs afin de poursuivre le développement de sa technologie.
L'ordinateur quantique, kesako ?
L'ordinateur quantique mobilise les possibilités de la mécanique quantique pour réaliser des calculs qui s'avéreraient trop complexes pour un ordinateur classique. Branche de la physique théorique mise au point dans les années 1920 par plusieurs physiciens, dont les Allemands Max Planck et Werner Heisenberg, la mécanique quantique a bouleversé notre compréhension des phénomènes physiques à l'échelle atomique et subatomique.
Mais comme le rappelait le philosophe des sciences Étienne Klein lors d'une conférence USI donnée en 2018, les propriétés de la mécanique quantique deviennent aujourd'hui « des ressources » mobilisables au service de l'informatique. « La physique quantique nous donne des moyens d'agir, de calculer et de transmettre des informations en utilisant les qubits. »
À la clef, la possibilité de construire des ordinateurs potentiellement super puissants, grâce notamment à la superposition, un état propre à la mécanique quantique qui permet aux particules d'exister dans plusieurs états différents au même moment. Ainsi, contrairement à un bit informatique classique, un bit quantique, ou qubit, n'a pas à choisir entre les valeurs 0 et 1 : il peut être les deux à la fois, d'où une puissance de calcul largement décuplée. David Deutsch, physicien d'Oxford et pionnier de l'informatique quantique, affirme qu'un ordinateur quantique peut être pensé comme une multitude d'ordinateurs classiques travaillant de concert dans des univers parallèles.
Le Boston Consulting Group (BCG) estime que la valeur de marché créée par l'informatique quantique pourrait atteindre les 850 milliards de dollars au cours des 30 prochaines années.
Résoudre l'instabilité quantique
Les ordinateurs quantiques ont toutefois un défaut : le taux d'erreur très important qui s'insère dans leurs calculs. Ils peuvent en effet commettre deux types d'erreurs, les bit-flips ou les phase-flips, là où un ordinateur classique ne peut en commettre qu'une seule (échanger un 0 et un 1).
« Les meilleures machines quantiques actuellement disponibles commettent en moyenne une erreur toutes les 1.000 opérations par bit quantique. Dans ces conditions, après seulement quelques dizaines d'opérations, on obtient déjà plus que du bruit. Si l'on veut débloquer les cas d'usage susceptibles d'ouvrir des marchés à plusieurs centaines de milliards de dollars, il faut réduire ce taux d'erreur par un facteur d'un million », note Théau Perronin, directeur général d'Alice & Bob.
Pour contourner cette difficulté, une technique traditionnellement employée par les grands acteurs de l'industrie, comme Google et IBM, consiste à empiler un grand nombre de qubits pour compenser la marge d'erreur. L'ennui, c'est que ce n'est pas si simple. Les qubits doivent être maintenus dans un état quantique, ce qui implique des techniques qui peuvent être différentes (les refroidir à une température cryogénique, les piéger avec un laser...) mais ont pour point commun d'être très difficiles à mettre en œuvre.
Les meilleures machines actuelles comptent pour cette raison un nombre limité de qubits : en novembre dernier, IBM a conçu la toute première machine dépassant les 100 qubits, avec un processeur comptant 127 qubits. On reste loin des milliers de qubits nécessaires, selon Théau Perronin, pour reconstituer ne serait-ce qu'un seul qubit logique, terme désignant un bit quantique résistant aux erreurs.
C'est pourquoi ces machines n'ont pour l'heure aucune application pratique. En décembre 2019, Google a certes affirmé avoir atteint la suprématie quantique à l'aide d'une machine de 53 qubits, le processeur Sycamore, qui a, selon l'entreprise, été utilisé pour effectuer en un peu plus de trois minutes une opération qui aurait pris 10 000 ans à un ordinateur traditionnel. Mais IBM a par la suite contesté les affirmations de Google, affirmant que le calcul classique ne prendrait pas moins de trois jours. Un an plus tard, trois chercheurs, dont un Français du CEA (le Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives), ont abondé dans ce sens en mettant au point un algorithme qui a réalisé le même calcul en quelques heures sur un ordinateur traditionnel.
Un qubit résistant aux erreurs
Fort de ce constat, l'idée d'Alice & Bob consiste à prendre le problème à la racine en concevant un nouveau type de qubit, qu'ils ont baptisé le qubit de chat supraconducteur, en référence au fameux paradoxe quantique du chat de Schrödinger, qui, tant qu'il se trouve dans sa boîte, est à la fois mort et vivant. Contrairement aux qubits classiques, le qubit de chat supraconducteur est nativement résistant aux bit-flips : la combinaison d'une dizaine de qubits de chat suffit donc à la réalisation d'un qubit logique.
« En février 2020, nous avions publié dans Nature Physics un premier prototype de qubit de chat supraconducteur qui démontrait déjà un très bon niveau de correction, d'un facteur 1.000 par rapport à un qubit traditionnel. Cela restait toutefois insuffisant pour corriger totalement le bit-flip. Nous annonçons aujourd'hui que nous avons encore multiplié par 100.000 ce facteur de correction, ce qui donne un qubit capable de résister au bit-flip pendant deux minutes, un temps suffisant pour effectuer le calcul. Ce problème est donc totalement résolu », développe Théau Perronin.
« Cela signifie que nous avons parcouru la moitié du chemin. Pour obtenir un qubit logique, il nous reste à corriger les erreurs de phase-flips. Pour cela, il nous faudra accumuler quelques dizaines de qubits de chat supraconducteurs. Nous pourrons alors proposer au monde le tout premier qubit entièrement corrigé, capable de résister aux deux types d'erreurs. »
La plus grosse levée de fonds de l'écosystème quantique français
Alice & Bob a du même coup annoncé une levée de fonds de 27 millions d'euros menée par Elaia, Bpifrance, via son fonds Digital Venture, et Supernova Invest. Il s'agit de la levée la plus importante jamais réalisée dans l'écosystème de l'informatique quantique français.
« En tant qu'investisseurs deep tech, nous sommes convaincus que certains des plus grands défis de la société peuvent être relevés grâce à des technologies révolutionnaires créées au sein des laboratoires de recherche. À ce titre, nous considérons l'informatique quantique comme l'une des technologies les plus susceptibles de changer le monde et de favoriser des progrès extraordinaires dans un large éventail d'applications » explique Sofia Dahoune, directrice d'investissement chez Elaia, qui avait déjà participé à une première levée de fonds de trois millions d'euros réalisée par Alice & Bob il y a deux ans.
« Il est rare pour nous d'assister à un tel alignement des planètes, avec une équipe de haut vol, qui arrive au bon moment sur un marché porteur. On voit se concrétiser quelque chose de très puissant d'un point de vue technologique, qui va fondamentalement révolutionner l'informatique, et donc l'économie. »
Selon Théau Perronin, cette levée de fond doit servir l'objectif que s'est fixé la jeune pousse de proposer un premier qubit logique en 2023. Elle prévoit dans cette optique de doubler ses effectifs et d'améliorer l'équipement de son laboratoire de physique quantique situé à Balard, dans le 15e arrondissement.
De la finance aux médicaments, des applications innombrables
À long terme, le but d'Alice & Bob est, selon son directeur général, de « construire des ordinateurs quantiques sans compromis, universels et sans erreurs, et de vendre leur puissance de calcul sous forme de service à des clients via des fournisseurs cloud. » Battre le meilleur supercalculateur classique aujourd'hui sur le marché nécessite 50 qubits logiques, soit quelques centaines de qubits de chat supraconducteurs.
Selon Théau Perronin, les perspectives ouvertes par l'ordinateur quantique sont particulièrement fertiles dans trois domaines. Les problèmes d'optimisation incluant de larges quantités de données, d'abord, avec des applications dans différentes industries, de la sphère financière, pour optimiser la gestion de portefeuille ; à l'énergie, par exemple pour optimiser la forme des pales des éoliennes. L'ingénierie, ensuite : conception d'avions, mécanique des fluides, réseau de neurones... La chimie, et particulièrement la science des matériaux, enfin, où l'informatique quantique permettrait de simuler les molécules de manière exacte, et donc de totalement transformer certaines industries comme les batteries électriques et les médicaments.
La France championne du quantique ?
Le directeur général d'Alice & Bob souligne que son succès est aussi le fruit du soutien académique, technologique et financier de toute une filière d'innovation française du quantique, incluant le CNRS, INRIA, CEA ou encore l'ENS Paris. L'Hexagone compte plusieurs jeunes pousses d'excellence autour du quantique, dont, outre Alice & Bob, Pasqal (qui vient de fusionner avec le néerlandais Qu&Co), Quandela ou encore CryptoNext.
En janvier 2021, Emmanuel Macron a lancé un plan d'investissement de 1,8 milliard d'euros sur cinq ans autour de cette technologie. Début janvier, le gouvernement a, dans ce cadre, confié au GENCI, au CEA et à INRIA la mission de mettre en place une plateforme nationale de calcul quantique hybride pour un budget de 72 millions d'euros.
Hébergée au Très Grand Centre de Calcul du CEA-DAM, elle doit favoriser l'émergence d'un écosystème autour des technologies quantiques. Un accord de collaboration a également été signé avec les Pays-Bas pour développer des synergies entre les deux écosystèmes.
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« Quand nous mettrons le pied sur l'accélérateur, nous serons difficiles à égaler » (Joelle Pineau, directrice de la recherche en IA chez Meta)
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