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La révolution quantique est déjà dans les labos !

À l’heure de la « suprématie quantique » inaugurée par Google, et alors que la mission relative aux technologies quantiques venait de remettre son rapport au gouvernement, la physicienne Pascale Senellart-Mardon nous présentait les enjeux industriels de cette révolution.

Réalisation : Olivier Boulanger

Production : leblob.fr

Année de production : 2019

Durée : 7min42

Accessibilité : sous-titres français

La révolution quantique est déjà dans les labos !

Les propriétés de la physique quantique sont dans notre quotidien. Elles sont au cœur du GPS, du laser, du transistor ou encore des ordinateurs. Dans les laboratoires, une seconde révolution technologique se prépare. Elle propose d'exploiter des concepts très subtils de la physique quantique. Ces concepts s'appellent superposition et intrication. Grâce à ces concepts, on développe de nouvelles technologies. L'ambition est de développer un ordinateur ultra-puissant qui aurait des performances supérieures à celles des meilleurs calculateurs ou par exemple de développer des communications ultra-sécurisées dont la confidentialité serait garantie par les lois de la mécanique quantique. Un exemple assez simple pour comprendre comment fonctionne un ordinateur quantique, c'est l'exploitation de la superposition quantique. Dans le monde quantique, une particule est aussi une onde. Elle peut donc être à deux endroits à la fois. Si on imagine un problème très simple comme faire sortir un personnage d'un labyrinthe, l'ordinateur classique guidera le personnage, l'emmènera sur tous les chemins, prendra des notes et consignera les mauvais parcours avant de trouver la sortie. L'ordinateur quantique aura à sa disposition un personnage qui à chaque intersection n'aura pas à choisir entre droite, gauche mais pourra explorer les deux chemins à la fois. Cette image est très simple mais aussi révélatrice de la puissance de l'ordinateur quantique. Le personnage trouvera très vite la sortie du labyrinthe. Plusieurs technologies sont à l'étude dans les laboratoires pour développer un ordinateur quantique. La première, ce sont les qubits supraconducteurs qui reposent sur des circuits électroniques qui fonctionnent à basse température, proche du zéro ultime. La deuxième, c'est le piégeage d'ions ou d'atomes dans des réseaux. La troisième, c'est le développement, à base de la technologie silicium de bits quantiques à partir des impuretés de ces matériaux. La dernière est celle que je développe dans mon équipe, c'est l'utilisation de la lumière, le photon unique comme porteur de la formation. L'ordinateur quantique optique est assez différent des autres plateformes pour fabriquer un ordinateur. Le calcul se fait sur une puce optique où la lumière est menée dans des guides d'ondes, on aura un contrôle des guides pour faire les portes logiques. Dans l'ordinateur quantique, il y aura un flot de lumière avec les photons qui interagissent et font le calcul. Le résultat vient à la fin quand on a détecté les photons à la sortie de la puce. Il y a une énorme compétition scientifique sur le sujet qui est très saine, où il faut avancer. Les choses avancent et c'est excitant pour la communauté scientifique. Mais il y a maintenant des enjeux économiques et politiques qui se greffent sur la science. Le pays ou la compagnie qui maîtrisera cette technologie aurait potentiellement un grand avantage concurrentiel. Depuis quelques années, des acteurs privés sont arrivés dans le développement des technologies quantiques. Pour une chercheuse de physique fondamentale comme moi, c'est un changement de paradigme. Ces acteurs privés mettent des moyens importants avec l'idée que cette technologie pourrait faire une rupture dans leurs applications et leur potentiel de développement. Un des points de passage, c'est d'avoir un processeur, même imparfait, qui commencerait à réaliser des calculs qu'un ordinateur classique ferait sur un temps très long. Ce point de passage s'appelle la suprématie quantique. Ce mot a été choisi par les scientifiques. Il indique vraiment la situation où on arriverait, grâce aux propriétés quantiques de la matière utilisées pour faire le calcul, à réaliser des calculs qui ne sont pas accessibles avec un supercalculateur. Google a annoncé récemment en collaboration avec la NASA qu'ils auraient atteint la suprématie quantique. Le travail est en cours d'évaluation par les pairs pour vérifier qu'ils l'ont vraiment atteinte. Mais s'ils l'ont vraiment atteinte et ça arrivera prochainement, que ce soient avec eux ou d'autres équipes, cela représente un point de passage important pour les développements des technologies, c'est la première fois qu'on arriverait à montrer qu'on fait quelque chose de nouveau et d'inaccessible par les technologies actuelles. La France a joué un rôle fondateur dans le développement de la technologie quantique. Beaucoup des faits au cœur de ces technologies comme l'intrication ou la superposition ont été démontrés en France, notamment par des grands physiciens comme Serge Haroche, prix Nobel en 2012, ou Alain Aspect, médaille d'or du CNRS. Suite à ces travaux fondateurs, il y a en France une communauté extrêmement riche et au meilleur niveau international sur toutes les technologies abordées. On a parlé de communication, d'ordinateurs mais aussi de capteurs. Sur chaque application, il y a différentes plateformes physiques. On a parlé des ions, des photons, etc. La France est extrêmement bien positionnée sur tous ces développements scientifiques. L'enjeu pour la France aujourd'hui est de faire sortir ces pépites scientifiques des laboratoires pour se lancer dans les applications. Il y a actuellement en France l'émergence de start-ups. On peut en citer deux à l'université de Paris-Saclay où nous sommes. L'une exploite des atomes froids à l'Institut d'Optique pour faire un calculateur quantique. Ce projet est porté par l'équipe d'Antoine Browaeys et de Thierry Lahaye. Il y a aussi la start-up que j'ai créée avec mes collaborateurs il y a deux ans, qui s'appelle Quandela qui souhaite mettre à disposition les sources de lumière quantique aussi bien pour les calculs que pour les communications quantiques. Dans cette démarche de passer du laboratoire à l'application, il faut accompagner les chercheurs car ce sont deux façons de penser différentes. La recherche et le monde de l'entreprise sont deux univers assez disjoints et une des ambitions que nous avons dans ce contexte est d'amener ces deux mondes à se fréquenter plus souvent afin que les passerelles soient facilitées et pour que la France prenne toute la place qu'elle mérite dans le développement des technologies quantiques.

Réalisation : Olivier Boulanger

Production : leblob.fr

Année de production : 2019

Durée : 7min42

Accessibilité : sous-titres français