La révolution de l’informatique quantique : cinq grands défis à surmonter

Si elle promet des avancées sans précédent, l’informatique quantique n’en est, pour l’heure, qu’à ses débuts et son adoption par les entreprises, ainsi que son exploitation à des fins commerciales ne se feront qu’au prix de la résolution de nombreux défis.

Ces dernières années, des progrès significatifs ont été réalisés dans le domaine de l'informatique quantique, tant en termes de composants matériels que d'algorithmes. En 2019, Google a annoncé avoir atteint la suprématie quantique en effectuant un calcul qui aurait pris des milliers d'années aux superordinateurs classiques. En matière de réseaux, la communication quantique progresse vite elle aussi, avec le développement de protocoles de distribution de clés quantiques (QKD), permettant la transmission sécurisée d'informations, promesse d’une communication inviolable et d’un calcul quantique distribué. Enfin, les grandes entreprises technologiques et les instituts de recherche ont mis au point des processeurs dotés d'un nombre croissant de qubits afin d’améliorer leurs capacités. En 2022, IBM obtenait ainsi le record du plus grand système d'informatique quantique avec un processeur contenant 433 bits quantiques, ou qubits.

Toutefois, malgré ces avancées remarquables, l'informatique quantique est aujourd’hui confrontée à cinq défis considérables :

1. Décohérence et atténuation des erreurs : les états quantiques sont délicats et facilement perturbés par leur environnement, ce qui entraîne des erreurs. Des codes de correction d'erreurs et des techniques de correction d'erreurs quantiques, telles que les codes de surface et les qubits topologiques, sont en cours de développement pour atténuer l'impact des erreurs et améliorer la fiabilité des calculs quantiques.
2. Interférence : les systèmes quantiques présentent des phénomènes d'interférence, où les superpositions de qubits interfèrent de manière destructive ou constructive, affectant les résultats des calculs. Des techniques de contrôle et d'atténuation des interférences sont à l'étude.
3. Le coût : le développement et la maintenance de l'informatique quantique sont coûteux, c'est pourquoi les efforts de recherche se concentrent également sur la réduction des coûts du matériel et l'optimisation de l'allocation des ressources.
4. L'évolutivité : la construction d'ordinateurs quantiques à grande échelle et tolérants aux pannes constitue un défi de taille. Les technologies de recuit quantique et d'ions piégés sont explorées pour créer des architectures quantiques évolutives.
5. Pénurie de main-d'œuvre qualifiée : l'informatique quantique requiert un ensemble de compétences spécialisées. Selon le World Economic Forum, plus de la moitié des entreprises spécialisées dans l'informatique quantique recrutent actuellement, et peinent à trouver des personnes possédant les bonnes compétences. La plupart des emplois actuels sont hautement techniques, et les seules personnes formées dans le domaine des technologies quantiques sont des universitaires.  Les programmes éducatifs et les partenariats entre le monde universitaire et l'industrie contribuent à remédier à la pénurie d'experts en technologies quantiques.

Alors que le paysage mondial de l'informatique quantique évolue, plusieurs pays, dont l'Irlande, consolident leur position dans le domaine. Le pays compte notamment plusieurs instituts de recherche, dont le Trinity College de Dublin, qui héberge le Centre for Quantum Engineering and Science. Les multinationales développent quant à elles des initiatives favorisant les connexions entre le monde universitaire et l'industrie, à l’image de la Trinity Quantum Alliance (TQA) lancée en 2023. Cette collaboration entre Trinity, Microsoft, IBM, Horizon Quantum Computing, Algorithmiq et Moody's Analytics réunit des experts de la recherche et de l'industrie pour des projets innovants dans les domaines de la science et de la technologie quantiques, de la simulation, de l'éducation et de l'informatique. Catalyseur de l'investissement dans la technologie quantique en Irlande, ce projet ambitionne à terme de construire un écosystème dynamique au profit de divers secteurs industriels, et les fruits de cette collaboration ne se sont pas fait attendre : les physiciens quantiques de Trinity, en collaboration avec IBM Dublin, ont réussi à simuler une super diffusion dans un système de particules quantiques en interaction sur un ordinateur quantique, ce qui constitue la première étape pour effectuer des calculs de transport quantique très complexes. Par ailleurs, les centres de recherche et d’innovation se développent, comme le Walton Institute ou le Center for Applied Technology (FCAT) de Fidelity Investments, un leader financier également activement engagé dans la recherche quantique, le secteur étant particulièrement à l’écoute de ses potentielles applications. A l’échelle de l’Union Européenne, le programme Quantum Flagship témoigne de l’appétence des Etats membres de collaborer afin de faire évoluer la recherche quantique, en canalisant les ressources et l'expertise dans divers projets, de l'informatique à la communication quantique.

À mesure que le domaine progresse, il devient toutefois plus que jamais essentiel d’adresser les défis liés à la correction des erreurs, à l'évolutivité des systèmes et au développement de la main-d’œuvre, afin de révéler tout le potentiel d’une technologie capable demain de permettre la résolution de problèmes complexes et la transformation profonde de nos industries.