Quelque 140 acteurs économiques régionaux et nationaux, entrepreneurs ou chercheurs ont répondu à l'invitation d'IBM France pour assister, sur son site de Montpellier, à une présentation de l'offre disponible en calcul quantique visant à illustrer son potentiel économique. Le géant informatique dispose de 13 laboratoires (3 600 chercheurs) dans le monde, dont plusieurs unités dédiées à cette technologie disruptive, à Zurich et Almaden notamment.

L'état de l'art autour du calcul quantique

Un état de l'art a été réalisé, en introduction, par la chercheuse (CNRS/UM) Isabelle Philippe, qui a rappelé qu'après une première vague constituée des technologies utilisant les lois qui régissent la mécanique quantique (lasers, transistors), une "vague 2.0" est en cours d'émergence : "Elle permet de prendre le contrôle des objets quantiques individuels qui sont d'une grande variété : atomes, ions, molécules mais aussi circuits électroniques quantiques", souligne-t-elle.

D'après Isabelle Philippe, le développement d'objets applicatifs dans ce domaine suit quatre axes possibles. Le premier est la communication quantique : profitant d'une loi de la mécanique quantique selon laquelle on ne peut pas prédire, maîtriser ou dupliquer un état aléatoire, une offre de cryptologie quantique est déjà en cours de commercialisation. "Les marchés visés sont les télécommunications sécurisées ou la génération et certification de nombres aléatoires pour la recherche", cite-t-elle.

Le deuxième axe concerne les capteurs quantiques, profitant de l'extrême sensibilité des objets quantiques aux perturbations extérieures (champs magnétiques, accélération, rotation, etc.). Isabelle Philippe note qu'une gamme de capteurs quantiques est déjà disponible pour la recherche, et que des transferts sont possibles à court terme vers l'industrie, notamment l'aéronautique, la défense, la géophysique, la métrologie industrielle...

"Un troisième axe concerne les simulateurs quantiques, car le calcul quantique permet de simuler des calculs si complexes qu'ils ne peuvent pas être traités par l'informatique conventionnelle, rajoute Isabelle Philippe. On peut coder un nombre d'opérations exponentiel en un seul cycle grâce au parallélisme massif offert par le calcul quantique. En terme de factorisation par exemple, on peut factoriser de très grands nombres en quelques secondes, contre quelques années sur des ordinateurs classiques."

L'âge de la première maturité

Le quatrième et dernier axe, le calcul quantique, est la voie où IBM s'est engagé depuis 1998. C'est la date à laquelle le groupe a construit son premier Qbit (la plus petite unité de stockage d'information quantique), avant de lancer une filiale dédiée baptisée IBM Q.

Depuis, IBM a construit trois machines à 20 Qbits, qui ont été mises à disposition de clients extérieurs à la mi-2017. Il produira une 4e machine, à 50 Qbits cette fois, d'ici la fin 2018.

"Plutôt que de multiplier les Qbits, le parti-pris adopté par IBM est d'augmenter l'interconnexion entre eux et de réduire le taux d'erreur de calcul, explique Olivier Hess, d'IBM Montpellier. Plus le système est stable, plus on pourra le programmer en manipulant ces Qbits. Mais ces machines ne sont pas encore des ordinateurs généralistes. Il faut plutôt les voir comme des accélérateurs de machines classiques. Globalement, les premières machines généralistes dotées de 100 à 1 000 Qbits n'apparaîtront pas avant 2020 ou 2021."

Concrètement, IBM a créé un environnement utilisateur autour de son offre en calcul quantique, baptisée "QSIKit" (Quantum Software Information Kit) et déployée sur son cloud. Elle met à la disposition des entreprises inscrites des machines de 5 ou 10 Qbits, et un simulateur leur permettant de faire divers tests et calculs.

IBM privilégie des secteurs d'application tels que la chimie quantique, l'optimisation, la science des matériaux et la science du vivant. Sur les 75 000 utilisateurs déjà inscrits à l'offre d'IBM, la majorité des requêtes porte pour l'instant sur les deux premiers items.

Parmi les premiers industriels utilisateurs du calcul quantique figure Airbus. Le groupe travaille avec une start-up américaine, QC Ware, spécialiste de l'intégration d'environnements quantiques, pour déterminer quelle brique inclure en premier, et comment adapter sa stratégie HPC (calcul haute performance).

"En tant que constructeur devant garantir ses avions pendant 40 ans, tout en consommant moins et en étant plus éco-compatibles, nous avons d'abord un souci d'efficacité s'agissant du calcul quantique, indique Vincent Galinier, Enterprise IT Architect chez Airbus. Comment va-t-il impacter nos outils ? Ces calculs sont-ils scalables ? Une première étude sur les "arbres de décision" utilisés dans l'aéronautique a montré un gain de l'ordre de 4, et nous a donnés une première vision du challenge technique pour intégrer le calcul quantique à notre SI et nos méthodes de travail. Mais il est primordial de s'y mettre dès aujourd'hui, surtout s'il faut former des équipes et mettre en place de nouvelles façons de travailler."

En 2008, l'ex-Conseil régional Languedoc-Roussillon avait initié une démarche avec IBM Montpellier pour démocratiser auprès des industries et des entreprises régionales l'allocation de ressource machine en matière de HPC. À travers ce colloque, la Région entend dupliquer la démarche pour le calcul quantique, et l'inscrit dans le cadre de son schéma régional d'innovation, adopté en 2017, "qui comprend sept axes prioritaires, dont les systèmes intelligents et la chaîne de la donnée numérique", rappelle la conseillère régionale Marie-Thérèse Mercier.

Parmi les groupes invités à cette journée de présentation figuraient Schlumberger, Gemalto, In Vivo, Royal Canin, etc.