La mission parlementaire lanc\u00e9e en avril 2019 et pilot\u00e9e par Paula Forteza a termin\u00e9 ses auditions. Elle devrait remettre son rapport d\u2019ici septembre-octobre 2019. Le gouvernement devrait embo\u00eeter le pas imm\u00e9diatement et proposer un plan quantique pour le pays reprenant tout ou partie des propositions de la mission parlementaire.<\/p>\n
Au minimum, nous aurons probablement les figures de style habituelles :<\/p>\n
- \n
- Le plan devrait couvrir tous les pans technologiques <\/strong>des applications du quantique, comme ceux des autres pays. En plus du calcul quantique sous toutes ses formes, nous aurons donc aussi la m\u00e9trologie quantique (mesure de pr\u00e9cision), les t\u00e9l\u00e9communications et cryptographies quantiques.<\/li>\n
- L\u2019excellence de la recherche fran\u00e7aise <\/strong>sera mise en avant pour l\u00e9gitimer une place de choix dans ce nouveau secteur. On se la raconte sur chaque nouveau plan. Il faut certes investir dans la recherche et si possible revaloriser la r\u00e9mun\u00e9ration des chercheurs qui est un v\u00e9ritable cache-mis\u00e8re. Mais ce n\u2019est pas assez.<\/li>\n
- Le financement des deep techs<\/strong> du secteur sera \u00e9videmment \u00e0 l\u2019ordre du jour dans la lign\u00e9e des plans lanc\u00e9s par Bpifrance entre mi 2018 et janvier 2019. Voir mon post de f\u00e9vrier 2019, La France des deep techs<\/a>.<\/li>\n
- Il faudra aussi former les jeunes et les moins jeunes<\/strong>, surtout dans la cr\u00e9ation de solutions logicielles quantiques, sachant que dans le cadre du quantique, la barri\u00e8re intellectuelle est bien plus \u00e9lev\u00e9e, en tout cas, avec les outils de d\u00e9veloppement actuels. La question est de savoir comment l\u2019Etat pourra acc\u00e9l\u00e9rer le lancement de ces formations post-BAC.<\/li>\n
- L\u2019Etat sera un client de technologies quantiques<\/strong>, notamment au niveau de la d\u00e9fense et du renseignement. Il pourra jouer le r\u00f4le d\u2019aiguillon pour encourager la cr\u00e9ation d\u2019acteurs du logiciel, concomitamment avec les grandes entreprises de march\u00e9s divers (\u00e9nergie, transports, sant\u00e9, finance, t\u00e9l\u00e9coms) que l\u2019Etat ne pourra pas forc\u00e9ment activer directement.<\/li>\n
- Il faudra \u00e9ventuellement construire une strat\u00e9gie europ\u00e9enne<\/strong>. On peut r\u00eaver d\u2019un Concorde ou d\u2019un Airbus du quantique. Le premier pour sa symbolique d\u2019excellence technologique et le second pour sa r\u00e9ussite industrielle. Reste \u00e0 assembler les bonnes briques technologiques et acteurs du priv\u00e9 pour b\u00e2tir cette strat\u00e9gie et cr\u00e9er des offres commerciales. Le seul acteur de poids europ\u00e9en v\u00e9ritablement engag\u00e9 dans cette fili\u00e8re est Atos.<\/li>\n
- L\u2019annonce du rapport et du plan gouvernemental associ\u00e9 devrait g\u00e9n\u00e9rer une visibilit\u00e9 m\u00e9diatique <\/strong>sur le sujet. C\u2019est toujours bon \u00e0 prendre pour d\u00e9velopper un int\u00e9r\u00eat chez les entreprises et aussi pour susciter des vocations.<\/li>\n<\/ul>\n
Mais tout cela sera insuffisant pour faire \u00e9merger un v\u00e9ritable \u00e9cosyst\u00e8me industriel du quantique. On l\u2019a bien vu avec l\u2019intelligence artificielle o\u00f9 la France rame globalement derri\u00e8re les pays leaders (USA, Canada, UK, Chine). La France va produire son plan quantique bien apr\u00e8s les autres pays d\u00e9velopp\u00e9s (UK = 2013, Canada = 2015, USA = 2016 et 2018, Chine = 2015).<\/p>\n
Il y a plein de raisons pour lesquelles les plans du pass\u00e9 ont \u00e9chou\u00e9 \u00e0 g\u00e9n\u00e9rer un leadership fran\u00e7ais digne de ce nom. J\u2019ai notamment en t\u00eate le plan objets connect\u00e9 de 2014. Son principal dispositif \u00e9tait la Cit\u00e9 des Objets Connect\u00e9s d\u2019Angers que le monde entier devait nous envier. D\u00e9but 2019, elle changeait de main en passant de celles d\u2019Eolane au cluster technologique WE Work dans le cadre de la cr\u00e9ation d\u2019un \u201cTechnocampus” de l\u2019\u00e9lectronique, mutualisant des moyens industriels et d\u2019innovation de l\u2019industrie d\u2019assemblage \u00e9lectronique avec la participation notable du groupe Lacroix. Entre temps, le march\u00e9 mondial des objets connect\u00e9s ne s\u2019est pas d\u00e9velopp\u00e9 aussi vite que pr\u00e9vu et tr\u00e8s peu d\u2019acteurs fran\u00e7ais ont r\u00e9ussi \u00e0 percer \u00e0 l\u2019\u00e9chelle internationale, surtout dans les march\u00e9s grand public.<\/p>\n
Les plans industriels \u00e9chouent souvent dans la jonction entre la recherche, l\u2019industrialisation et les march\u00e9s. On croit na\u00efvement que l\u2019excellence de la recherche se transforme magiquement en succ\u00e8s commercial. Et qu\u2019il suffit de greffer des commerciaux ou des \u201cbusiness developers\u201d pour arriver \u00e0 percer. Ce n\u2019est bien entendu pas le cas.<\/p>\n
Dans les deep techs, comme ailleurs, il faut cr\u00e9er un produit, \u00eatre diff\u00e9renci\u00e9 et comp\u00e9titif par rapport au reste du monde, offrir une solution pertinente \u00e0 des segments clients identifi\u00e9s et bien entendu bien marketer et vendre sa solution \u00e0 l\u2019\u00e9chelle mondiale, le march\u00e9 US \u00e9tant souvent critique pour r\u00e9ussir \u00e0 l\u2019\u00e9chelle. Une fois cela r\u00e9alis\u00e9, le nirvana de la cr\u00e9ation d\u2019un produit-plateforme et d\u2019un \u00e9cosyst\u00e8me associ\u00e9 peut s\u2019en suivre. Bref, un bel alignement de plan\u00e8tes.<\/p>\n
Le cas du calcul quantique<\/strong><\/p>\n
Le chantier \u00e0 mener pour y parvenir dans le calcul quantique est probablement l\u2019un des plus tortueux qui soit. Malgr\u00e9 l\u2019existence d\u2019offres commerciales chez des acteurs am\u00e9ricains et canadiens tels qu\u2019IBM, Rigetti et D-Wave, on est loin de disposer d\u2019ordinateurs quantiques viables et notamment, permettant d\u2019obtenir ce que l\u2019on appelle la supr\u00e9matie quantique. A savoir, une performance permettant de r\u00e9aliser des traitements impossibles \u00e0 ex\u00e9cuter sur des ordinateurs traditionnels, y compris sur les plus grands supercalculateurs mondiaux. La question ne porte pas du tout, comme avec l\u2019intelligence artificielle, sur l\u2019acc\u00e8s \u00e0 de gros volumes de donn\u00e9es. Ce n\u2019est pas trop le champ d\u2019action du calcul quantique.<\/p>\n
Le chantier du quantique est immense. Il est pour l\u2019instant \u00e0 la crois\u00e9e des chemins de la science et de l\u2019ing\u00e9nierie. Il faut pouvoir d\u2019abord\u00a0 cr\u00e9er des qubits physiques pr\u00e9sentant des caract\u00e9ristiques uniques appel\u00e9es \u201cfigures de m\u00e9rite\u201d par les chercheurs :<\/p>\n
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- Stabilit\u00e9 <\/strong>dans le temps qui est aujourd\u2019hui de l\u2019ordre de 100 micro-secondes pour les ordinateurs \u00e0 base de qubits supraconducteurs. On appelle cela le temps de coh\u00e9rence.<\/li>\n
- Fid\u00e9lit\u00e9 <\/strong>: avec des taux d\u2019erreur aussi faibles que possible lors des calculs, qui sont bien trop \u00e9lev\u00e9s aujourd\u2019hui. On peut compenser cela avec un grand nombre de qubits avec ces taux d\u2019erreur mais on ne sait pas encore les fabriquer.<\/li>\n
- Echelle <\/strong>: le tout avec un grand nombre de qubits.\n
- <\/ul>\n<\/li>\n
- Intrication : <\/strong>entre les qubits, ce qui qui permet de r\u00e9aliser des calculs quantiques avec des portes quantiques logiques.<\/li>\n<\/ul>\n
Quelle que soit la technologie employ\u00e9e, aucun laboratoire de recherche ou industriel n\u2019est aujourd\u2019hui parvenu \u00e0 satisfaire ces diff\u00e9rentes contraintes. Elles sont de nature scientifique et technologique. Nombre d\u2019annonces r\u00e9centes : les 20 qubits d\u2019IBM Q, les 72 qubits de Google, les 129 qubits d\u2019IonQ, les 18 qubits optiques des Chinois, rel\u00e8vent tous du cache-mis\u00e8re et de solutions b\u00e2cl\u00e9es qui ne fonctionnent pas bien et surtout, ne peuvent pas \u201cscaler\u201d.<\/p>\n
L\u2019enjeu du calcul quantique est de cr\u00e9er une fili\u00e8re qui permette de r\u00e9ussir dans les figures de m\u00e9rite cit\u00e9es ci-dessus, et surtout, de \u201cscaler\u201d en nombre de qubits. Pour y parvenir, il faut r\u00e9soudre des casse-t\u00eates nombreux.<\/p>\n
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- Pour tout un tas de raisons, les qubits supraconducteurs<\/strong> qui ont \u00e9t\u00e9 choisis par IBM, Google et Rigetti ne pourrons pas scaler au-del\u00e0 de quelques centaines de qubits. Ils le savent. IBM a mis la charrue avant les b\u0153ufs en annon\u00e7ant son Q System One en janvier 2019, avec 20 malheureux qubits bruyants et dot\u00e9 d\u2019un design de mus\u00e9e. Pourquoi faire ? Pour l\u2019y exposer rapidement ?<\/li>\n
- Les qubits r\u00e9alis\u00e9s en photonique <\/strong>sont s\u00e9duisants mais leur circuiterie limite statiquement le nombre de portes quantiques que l\u2019on peut ex\u00e9cuter, donc, la longueur d\u2019un algorithme, appel\u00e9e \u201cprofondeur\u201d en calcul quantique. C\u2019est une technique utilisant des qubits volants, des photons, qui se d\u00e9gradent sur leur trajet.<\/li>\n
- Les qubits \u00e0 ions pi\u00e9g\u00e9s <\/strong>pr\u00e9sentent des limites physiques diverses, surtout en nombre de qubits alignables.<\/li>\n
- La fili\u00e8re des atomes froids<\/strong>, poursuivie notamment par la startup fran\u00e7aise Pasqal, est prometteuse pour cr\u00e9er des simulateurs quantiques adapt\u00e9s \u00e0 la r\u00e9solution d’\u00e9quations de la physique quantique.<\/li>\n
- Enfin, les fermions de Majorana <\/strong>vis\u00e9s par Microsoft semblent pour l\u2019instant \u00eatre une voie de garage.<\/li>\n<\/ul>\n
Restent les qubits en silicium \u00e0 spin d\u2019\u00e9lectrons <\/strong>(ou quantum dots, ou CMOS selon les appellations). C\u2019est la voie hardie choisie par le CEA au Leti et en collaboration avec le CNRS. Elle est poursuivie par un nombre relativement faible d\u2019acteurs : Princeton, l\u2019UNSW en Australie, le CEA-Leti et le CNRS en France, et Quantum Motion Technologies au Royaume Uni. Ce n\u2019est pas une voie simple mais, si elle aboutit, elle sera la seule \u00e0 \u201cscaler\u201d. Il est tentant de\u2026 tenter le coup ! Sachant que l\u2019affirmation que je partage ici ne fait pas forc\u00e9ment l\u2019unanimit\u00e9 chez les physiciens.<\/p>\n
Dans son discours introductif du workshop quantique du 28 juin 2019, C\u00e9dric Villani <\/strong>revenait sur le r\u00f4le des erreurs dans l\u2019histoire des sciences. C\u2019\u00e9tait un peu le pendant scientifique du droit \u00e0 l\u2019\u00e9chec dans l\u2019entrepreneuriat. La science rel\u00e8ve d\u2019une lutte interminable contre l\u2019inconnu. Le meilleur chemin est inconnu. L\u2019incertitude r\u00e8gne. Les scientifiques font beaucoup d\u2019erreurs. Il cite les plus connues comme Lord Kelvin qui s\u2019\u00e9tait tromp\u00e9 sur l\u2019\u00e2ge de la Terre ou Henri Poincar\u00e9 sur la stabilit\u00e9 du syst\u00e8me solaire. Les bons scientifiques doivent savoir se remettre en cause et reconna\u00eetre leurs erreurs. C\u2019\u00e9tait le cas de Poincar\u00e9 qui corrigea son papier.<\/p>\n
La science est affaire d\u2019allers et retours permanents entre construction de th\u00e9ories et exp\u00e9rimentation. Les premi\u00e8res expliquent les secondes et ces derni\u00e8res valident les premi\u00e8res, jusqu\u2019au prochain cycle. Et le cycle est parfois long comme ce si\u00e8cle qui a \u00e9t\u00e9 n\u00e9cessaire pour v\u00e9rifier l\u2019existence des ondes gravitationnelles ou les 50 ans pour valider l\u2019existence des bosons de Higgs. Tout cela \u00e9tait un encouragement bien vu \u00e0 la prise de risque scientifique autour du quantique, qui doit explorer de nombreuses voies et pas une seule.<\/p>\n
![\"C\u00e9dric](\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/Cdric-Villani-Leti-Innovation-Days-Quantum-Workshop-2_thumb.jpg\" "\\"C\u00e9dric")
<\/a><\/p>\nLe calcul quantique est situ\u00e9 dans cette zone d\u2019ombre de l\u2019inconnu et des limites de la physique. Il oppose des optimistes, que j\u2019ai rencontr\u00e9s \u00e0 Grenoble, et des pessimistes, comme Gil Kalai <\/strong>en Isra\u00ebl ou le chercheur russe Mikhail Dyakonov <\/b>n\u00e9 en 1940 en URSS et <\/b>qui officie dans le Laboratoire Charles Coulomb (L2C) du CNRS et de l\u2019Universit\u00e9 de Montpellier. Il a exprim\u00e9 son point de vue dans un article largement relay\u00e9 dans le monde fin 2018, The Case Against Quantum Computing<\/a>, 2018. Lui ont r\u00e9pondu Scott Aaronson dans Happy New Year! My response to M. I. Dyakonov<\/a> et Skepticism of Quantum Computing<\/a> ainsi que par Ben Crige dans The Case Against \u2018The Case Against Quantum Computing\u2019<\/a> en janvier 2019. Bref, ayons confiance ! Il faut toujours \u00eatre un peu dingue par rapport \u00e0 son temps pour r\u00e9ussir ensuite.<\/p>\n
Dans une strat\u00e9gie, il faut aussi planifier quelques coups d’avance. Pour s\u00e9curiser une \u00e9ventuelle avanc\u00e9e fran\u00e7aise dans la concurrence mondiale, il faudra s’assurer que les entreprises fran\u00e7aises ou europ\u00e9ennes du secteur le restent, que l’approvisionnement en mati\u00e8res premi\u00e8res est bien garanti (silicium purifi\u00e9 d’isotope 28, niobium-titane pour les c\u00e2blages supraconducteurs, h\u00e9lium 3 pour la cryog\u00e9nie), qu’un bon mix de brevets et de secret industriel prot\u00e8ge la propri\u00e9t\u00e9 intellectuelle et que l’on conserve les outils industriels de production des composants cl\u00e9s.<\/p>\n
Les atouts de Grenoble<\/strong><\/p>\n
Avant m\u00eame de parler de packaging ou de design de produit, il faut pouvoir cr\u00e9er des ordinateurs quantiques fonctionnels \u201ctop to bottom\u201d, y compris les nombreuses couches logicielles n\u00e9cessaires pour les piloter et les programmer. C\u2019est un d\u00e9fi scientifique et d\u2019ing\u00e9nierie qui n\u00e9cessite de croiser de tr\u00e8s nombreuses disciplines.<\/p>\n
Un ordinateur quantique peut difficilement sortir d\u2019un simple garage comme le furent les premiers micro-ordinateurs d\u2019Apple. Ces derniers utilisaient d\u2019ailleurs des processeurs Motorola, sans lesquels rien n\u2019aurait \u00e9t\u00e9 possible, et qui n\u00e9cessitaient d\u00e9j\u00e0 des salles blanches bien \u00e9quip\u00e9es pour les fabriquer. Idem pour la m\u00e9moire RAM !<\/p>\n
C\u2019est dans cette int\u00e9gration de comp\u00e9tences diverses que les \u00e9quipes de recherche fran\u00e7aises peuvent faire la diff\u00e9rence. Dans le quantique, la recherche collaborative prend tout son sens. Elle implique de nombreux laboratoires et de nombreuses disciplines.<\/p>\n
A Grenoble, la recherche quantique est pilot\u00e9e par diff\u00e9rentes branches du CEA (Leti en nano\u00e9lectronique et IRIG en physique) et du CNRS (dans l\u2019Institut N\u00e9el). Tous ces laboratoires sont situ\u00e9s sur la presque-\u00cele de Grenoble qui regroupe une bonne part les laboratoires de recherche du coin.<\/p>\n
Elle est structur\u00e9e autour de trois initiatives : QuEnG<\/strong>, QuantECA <\/strong>et QuCUBE <\/strong>qui se sont d’ailleurs pas du m\u00eame niveau.<\/p>\n
QuEnG<\/b> ou Quantum Engineering Grenoble, est un \u00e9cosyst\u00e8me qui va du philosophe \u00e0 l’industriel. C’est l’initiative chapeau trans-laboratoire, trans-disciplinaire et trans-sectorielle par excellence. Elle s\u2019attaque \u00e0 la r\u00e9alisation de qubits en CMOS et \u00e9lectrons pi\u00e9g\u00e9s. Les \u00e9quipes travaillent en physique sur de nombreuses autres fili\u00e8res : en photonique, sur des qubits supraconducteurs en CMOS et sur des aimants mol\u00e9culaires. M\u00eame en \u00e9tant riv\u00e9es sur les qubits CMOS, ces autres branches peuvent l\u2019accompagner. Ainsi, la photonique peut permettre la cr\u00e9ation de liens entre processeurs quantiques pour distribuer les traitements ou de cr\u00e9er de la m\u00e9moire quantique, utile pour certains algorithmes quantiques.<\/p>\n
Le travail sur les capteurs joue un r\u00f4le pour mesurer l\u2019\u00e9tat des qubits, quels qu\u2019ils soient. Ils planchent aussi sur les questions de thermodynamique. Alexia Auffeves, du CNRS Institut N\u00e9el,\u00a0 en est une grande sp\u00e9cialiste. Ils s\u2019int\u00e9ressent aux capteurs, aux codes de correction d\u2019erreurs et aux algorithmes quantiques, notamment en partenariat avec Atos. Des \u00e9quipes font aussi le lien entre physique quantique et philosophie avec Vincent Lam. L\u2019initiative comprend aussi la formation d\u2019ing\u00e9nieurs en physique et en calcul quantique avec des formations diverses dont un projet avec l\u2019Ensimag, la grande \u00e9cole d\u2019informatique de Grenoble. Ils sont aussi partenaires d\u2019IBM.<\/p>\n
QuEnG est financ\u00e9 notamment par l\u2019IDEX (Initiative d\u2019Excellence) des Programmes d\u2019Investissements d\u2019Avenir (PIA) de l\u2019UGA (Universit\u00e9 Grenoble-Alpes) avec 1,7M\u20ac compl\u00e9t\u00e9s par un financement europ\u00e9en FP7 de 1,9M\u20ac couvrant notamment des bourses de th\u00e9sards. Le tout b\u00e9n\u00e9ficie aussi du financement de 14M\u20ac de l\u2019ERC Synergy Grant obtenu par l\u2019\u00e9quipe QuCube en 2018 (financement europ\u00e9en de recherche d\u2019excellence). En tout, l\u2019initiative a b\u00e9n\u00e9fici\u00e9 de 23M\u20ac de financements publics \u00e9tal\u00e9s sur 3 ans. QuEnG regroupe une centaine de chercheurs en sciences fondamentales. S\u2019y ajoutent ce qu\u2019ils appellent des avantages en nature avec l\u2019acc\u00e8s aux salles blanches du CNRS, du CEA-Leti, de SOITEC \u00e0 Bernin et de STMicroelectronics \u00e0 Crolles pr\u00e8s de Grenoble qui permettent la fabrication de nombreux composants critiques : wafers SOI (silicon on insulators), prototypes de composants et industrialisation de leur fabrication.<\/p>\n
QuantECA<\/b> ou Quantum Electronic Circuits Alps est une initiative qui se situe au-dessous de QuEnG et couvre la partie int\u00e9gration \u00e0 grande \u00e9chelle de qubits dans des puces. Elle regroupe le CEA-Leti, le d\u00e9partement de physique de l\u2019IRIG (ancien INAC) et le CNRS Institut N\u00e9el. Leur champ d\u2019action est la cr\u00e9ation de circuits de qubits stables, scalables et bien intriqu\u00e9s. Ils planchent aussi sur les technologies de stockage et de transport de l\u2019information quantique. Ils s\u2019appuient sur trois branches technologiques (supra-conducteurs\/optique\/spin d\u2019\u00e9lectron spin). Ils ma\u00eetrisent en particulier une technologie unique au monde : l\u2019optom\u00e9canique int\u00e9gr\u00e9e dans des circuits CMOS. Le CMOS est une partie de l’effort.<\/p>\n
![\"CMOS](\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/CMOS-qubit-CEA-Leti_thumb.jpg\" "\\"CMOS")
<\/a><\/p>\nQuCUBE<\/b>\u00a0est l\u2019initiative qui a r\u00e9cup\u00e9r\u00e9 le financement ERC Synergy Grant de 14M\u20ac en 2018. Son objectif est de cr\u00e9er un ordinateur quantique avec plus de 100 qubits d\u2019ici moins de 10 ans en technologie CMOS \/ spin d\u2019\u00e9lectron. Les qubits auront une taille de 100 nm avec la possibilit\u00e9 \u00e0 terme d\u2019en int\u00e9grer des millions dans un chipset. L\u2019une des technologies cl\u00e9s \u00e0 miniaturiser sont les briques de conversion du spin des \u00e9lectrons pi\u00e9g\u00e9s en charge \u00e9lectrique. Les capteurs associ\u00e9s sont plac\u00e9s dans une couche qui est situ\u00e9e en-dessous des qubits. Les \u00e9l\u00e9ments de contr\u00f4le des qubits (initialisation, portes quantiques) sont plac\u00e9s au-dessus des qubits (source<\/a> du sch\u00e9ma ci-dessus<\/em>).<\/p>\n
Le workshop quantique du 28 juin 2019<\/strong><\/p>\n
Ce workshop voyait se succ\u00e9der presque une trentaine d\u2019intervenants dans des interventions de 10 \u00e0 15 mn dans la belle salle de conf\u00e9rence de Minatec<\/strong>. La diversit\u00e9 des travaux de recherche et technologies pr\u00e9sent\u00e9s \u00e9tait saisissante. Elle associait des chercheurs de laboratoires divers de Grenoble et d\u2019ailleurs en France, essentiellement de r\u00e9gion parisienne. Les pr\u00e9sentations du workshop sont disponibles ici<\/a>.<\/p>\n
Il n\u2019\u00e9tait cependant pas \u00e9vident de reconstituer le puzzle constitu\u00e9 de toutes ces briques. De nombreuses pistes de qubits diff\u00e9rentes \u00e9taient pr\u00e9sent\u00e9es alors qu\u2019au bout du compte il faudra en choisir une. C\u2019est d\u00e9j\u00e0 un moyen d\u2019explorer plusieurs voies possibles. Mais ces travaux peuvent aboutir \u00e0 des bouts de solutions p\u00e9riph\u00e9riques au type de qubit qui sera utilis\u00e9, que ce soit pour les contr\u00f4ler, en mesurer l\u2019\u00e9tat ou les relier entre eux. Ce qui suit int\u00e9ressera surtout les sp\u00e9cialistes du sujet. Si vous n\u2019avez pas encore lu Comprendre l\u2019informatique quantique<\/a> (novembre 2018, 342 pages) ou d\u2019autres ouvrages de vulgarisation sur le calcul quantique, cela ne sera pas \u00e9vident \u00e0 suivre. Je planche en ce moment\u00a0 \u00e0 la mise \u00e0 jour de cet ebook, avec parution pr\u00e9vue d\u2019ici la fin de l\u2019\u00e9t\u00e9 2019.<\/p>\n
Fabrication<\/u><\/p>\n
Dans une premi\u00e8re partie d\u00e9di\u00e9e aux technologies, Fabrice Nemouchi <\/strong>du CEA-Leti mettait en avant le r\u00f4le de la plateforme de fabrication de la salle blanche du Leti\u00a0 \u00e0 Grenoble en wafers de 300 mm. Celle-ci est utilis\u00e9e pour cr\u00e9er des prototypes de qubits supraconducteurs, semiconducteurs, \u00e0 photons et m\u00eame \u00e0 ions pi\u00e9g\u00e9s. M\u00eame en se focalisant sur les qubits CMOS, l\u2019investissement dans la photonique au silicium est utile, comme par exemple pour des d\u00e9tecteurs de photons uniques. En effet, elle est incontournable pour cr\u00e9er des solutions de communication quantique aussi bien pour de la cryptographie que pour connecter des unit\u00e9s de traitement quantiques entre elles. Cela pr\u00e9figure les architectures multiprocesseurs quantiques. En photonique, ils travaillent en relation avec le laboratoire Thales TRT conjoint avec le CNRS, situ\u00e9 \u00e0 Palaiseau et que je vais visiter en juillet 2019.<\/p>\n
Le processus de d\u00e9veloppement utilise des wafers SOI (silicon on insulator, avec un isolant en oxyde de silicium) sur lesquels est d\u00e9pos\u00e9 une fine couche de silicium d\u2019isotope 28 purifi\u00e9 \u00e0 99,992%, \u00e0 spin de noyau d\u2019atome nul et qui n\u2019interagit pas avec le spin des \u00e9lectrons pi\u00e9g\u00e9s. Cette fine couche est obtenue par un processus de d\u00e9p\u00f4t sous vide de silicium 28 gazeux (chemical vapor deposition = CVD). Ce gaz provient de Russie. La gravure sur ces wafers est r\u00e9alis\u00e9e avec du \u201cdeep ultra violet\u201d dans la bande de fr\u00e9quence de 193nm qui est un proc\u00e9d\u00e9 standard et \u00e9prouv\u00e9 utilis\u00e9 depuis le d\u00e9but des ann\u00e9es 2000. Le principal dopant utilis\u00e9 ensuite lors de la gravure est le bore.<\/p>\n
Mathieu Desjardins <\/strong>pr\u00e9sentait \u200bCNT Nanotech<\/strong>, un projet du LPA (Laboratoire Pierre Aigrain) de l\u2019ENS Paris devenu une startup en phase de cr\u00e9ation, cr\u00e9e avec Michael Rosticher et ayant\u00a0 Maud Vinet comme scientific advisor<\/em>. Leur piste consiste \u00e0 utiliser des nanotubes de carbone pour pi\u00e9ger les \u00e9lectrons utilis\u00e9s dans des qubits CMOS. Cela permettrait d\u2019am\u00e9liorer leur isolation et leur temps de coh\u00e9rence d\u2019un facteur 100 atteignant une seconde. Ils se contr\u00f4leraient par couplage spin-photon. Les d\u00e9fis se situent au niveau des mat\u00e9riaux, du design, de l\u2019\u00e9lectronique de contr\u00f4le, de la connectivit\u00e9, d la topologie et des codes de correction d\u2019erreurs. Les nanotubes sont int\u00e9gr\u00e9s au circuit m\u00e9caniquement \u00e0 la fin du processus de fabrication. Les nanotubes de carbone proviennent de la soci\u00e9t\u00e9 allemande Micromotive. La liaison entre deux qubits s\u2019appuie sur des cavit\u00e9s \u00e0 micro-ondes, exploitant le principe de la cQED (cavity Quantum Electrodynamic). A Grenoble, intervenait aussi Takis Kontons<\/strong>, \u00e9galement du laboratoire LPA de Paris. Il traitait des circuits quantiques hybrides exploitant des nanotubes de carbone. Voir Highly coherent spin states in carbon nanotubes coupled to cavity photons<\/a>, mars 2019 (13 pages).<\/p>\n
![\"Carbon](\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/Carbon-nanotubes-qubits_thumb.jpg\" "\\"Carbon")
<\/a><\/p>\nTypes de qubits<\/u><\/p>\n
S\u2019en suivaient dans une seconde partie des pr\u00e9sentations sur diff\u00e9rentes pistes de types de qubits.<\/p>\n
Franck Balestro <\/strong>du CNRS Institut N\u00e9el pr\u00e9sentait les travaux sur des qubits \u00e0 base d\u2019aimants mol\u00e9culaires dont certains fonctionnent \u00e0 temp\u00e9rature ambiante. Ils sont fabriqu\u00e9s avec du terbium et ont quatre niveaux quantiques possibles. Le petit nom de ces aimants est SMM pour Single Molecule Magnets. Ils permettent donc de cr\u00e9er non pas des qubits mais des qudits, avec d=4. La mol\u00e9cule utilis\u00e9e est du TbPc2 aussi d\u00e9nomm\u00e9e bis(phthalocyaninato)terbium(III) (source<\/a>). On mesure leur \u00e9tat avec un interf\u00e9rom\u00e8tre de mesure de phase. L\u2019avantage de ces qudits est qu\u2019ils sont tr\u00e8s stables. L\u2019inconv\u00e9nient est qu\u2019il est relativement difficile de les contr\u00f4ler. Voir Molecular spin qudits for quantum algorithms<\/a>, 2017 (13 pages). Ces travaux sont r\u00e9alis\u00e9s en partenariat avec L\u2019institut Technologique de Karlsruhe en Allemagne.<\/p>\n
![\"Qudits](\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/Qudits-SMM_thumb.jpg\" "\\"Qudits")
<\/a><\/p>\nSilvano De Franceschi<\/b> du laboratoire IRIG du CEA de Grenoble (ex INAC) pr\u00e9sentait pour sa part les travaux sur les qubits silicium \u201cclassiques\u201d. Il rappelait qu\u2019ils \u00e9taient d\u00e9montr\u00e9s pour la premi\u00e8re fois en 2012. Ils sont donc plus r\u00e9cents que les autres types de qubits comme les supraconducteurs, qui existent depuis 2000. Mais il met en \u00e9vidence qu\u2019ils progressent plus rapidement que ces derniers. Il indiquait que les qubits spin silicium avaient des temps de coh\u00e9rences longs et une bonne fid\u00e9lit\u00e9 sup\u00e9rieure \u00e0 99%. Comment mesure-t-on l\u2019\u00e9tat de spin de ces qubits utilisant un seul \u00e9lectron ? On exploite de la r\u00e9flectom\u00e9trie radiofr\u00e9quence (RF gate reflectometry). Cette mesure est indirecte et exploite la modification d\u2019amplitude ou de phase d\u2019une onde radiofr\u00e9quence r\u00e9fl\u00e9chie par le quantum dot comprenant l\u2019\u00e9lectron \u00e0 mesurer.<\/p>\n
Pascale Senellart<\/b> (Quandela et CNRS) pr\u00e9sentait la piste des qubits \u00e0 base de photons circulants. Voir \u00e0 ce sujet Quatre startups quantiques fran\u00e7aises<\/a> (mai 2019) o\u00f9 je d\u00e9crivais d\u00e9j\u00e0 son activit\u00e9. A noter que les circuits photoniques peuvent fonctionner \u00e0 une temp\u00e9rature ambiante (300K, soit 27\u00b0C) mais les sources de photons doivent \u00eatre \u00e0 10K et les d\u00e9tecteurs \u00e0 2K, des temp\u00e9ratures cryog\u00e9niques qui sont cependant moins exigeantes que celles des qubits supraconducteurs et semiconducteurs (15mK \u00e0 1K). R\u00e9sultat : pas besoin d\u2019h\u00e9lium 3 pour le refroidissement. On se contente d\u2019h\u00e9lium 4 avec des syst\u00e8mes de cryog\u00e9nie un peu plus simples. Ces qubits \u00e0 photons pr\u00e9sentent des limites comme le nombre de portes ex\u00e9cutables mais ils sont int\u00e9grables dans des solutions de calcul distribu\u00e9. Ils peuvent aussi servir \u00e0 cr\u00e9er de la m\u00e9moire quantique pour un processeur quantique.<\/p>\n
Zaki Leghtas <\/b>\u00e9galement du laboratoire LPA de l\u2019ENS Paris pr\u00e9sentait ses travaux dans les qubits supraconducteurs et notamment la mani\u00e8re de les prot\u00e9ger contre les erreurs avec un plus faible nombre de qubits physiques int\u00e9grables dans un qubit logique en 1D au lieu d\u2019\u00eatre en 2D comme avec les surface codes classiques. On distingue plusieurs types de bruits, essentiellement le \u201cbit flip\u201d (changement d\u2019amplitude) ou le \u201cphase flip\u201d (changement de phase). Les codes de correction d\u2019erreurs Cat-Qubit fonctionneraient avec seulement 9 qubits physiques et apporteraient un gain exponentiel dans la suppression des erreurs. Ils permettent aussi de se passer de la \u201cmagic state distillation\u201d, une technique complexe de codes de correction d\u2019erreurs. Les travaux sont pilot\u00e9s par une \u00e9quipe mixte associant l\u2019ENS, Inria (l\u2019incontournable Mazyar Mirrahimi) et l\u2019Ecole des Mines de Paris. Cette pr\u00e9sentation \u00e9tait compl\u00e9t\u00e9e par celle de J\u00e9r\u00e9mie Guillaud<\/b> de l\u2019Inria.<\/p>\n
![\"Zaki](\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/Zaki-Lektas_thumb.jpg\" "\\"Zaki")
<\/a><\/p>\nVoir \u00e0 ce sujet l\u2019excellente pr\u00e9sentation de diverses techniques de codes de corrections d\u2019erreurs quantiques : An introduction to quantum error correction<\/a> de Mazyar Mirrahimi (31 slides) ainsi que Repetition cat-qubits: fault-tolerant quantum computation with highly reduced overhead<\/a>, de J\u00e9r\u00e9mie Guillaud et Mazyar Mirrahimi,\u00a0 avril 2019 (22 pages).<\/p>\n
Large scale qubits<\/u><\/p>\n
La partie suivante du workshop de Grenoble \u00e9tait d\u00e9di\u00e9e \u00e0 la mont\u00e9e en puissance des processeurs quantiques (\u201cTowards Large Scale\u201d).<\/p>\n
Pierre-Andr\u00e9 Mortemousque<\/b> de l\u2019Institut N\u00e9el du CNRS \u00e0 Grenoble pr\u00e9sentait des 2D-arrays exploitant du silicium dop\u00e9 avec des composants III-V (mat\u00e9riaux semi-conducteurs diff\u00e9rents du silicium comme le gallium) comme l\u2019AsGa (ars\u00e9niure de gallium) et de l\u2019AlGaAs (avec en plus de l\u2019aluminium). Ils sont arrang\u00e9s dans des boites de 9 quantum dots. C\u2019est une base de d\u00e9part importante pour cr\u00e9er une architecture scalable sur laquelle ensuite mettre en place des codes de correction d\u2019erreurs. Voir Coherent control of individual electron spins in a two dimensional array of quantum dots<\/a>, ao\u00fbt 2018 (14 pages).<\/p>\n
![\"IID](\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/IID-array-9-qubits-III-V-Si_thumb.jpg\" "\\"IID")
<\/a><\/p>\nTristan Meunier<\/strong>, \u00e9galement de l\u2019Institut N\u00e9el, pr\u00e9sentait l\u2019architecture 2D \u00e0 plusieurs couches int\u00e9grant les qubits en silicium avec l\u2019\u00e9lectronique int\u00e9gr\u00e9e de contr\u00f4le et de mesure d\u2019\u00e9tat. Les qubits sont r\u00e9partis en 2D, mais l\u2019int\u00e9gration des composants est \u00e9galement verticale dans les composants (illustration d\u00e9j\u00e0 vue plus haut sur QuCube). La couche de mesure est situ\u00e9e en-dessous des qubits tandis que la couche permettant d\u2019activer les qubits avec des portes quantiques est au-dessus. Pour N2<\/sup> qubits, il leur faut 2N lignes de contr\u00f4le (horizontale, verticale). Le grand d\u00e9fi de ces architectures est leur variabilit\u00e9, \u00e0 savoir les diff\u00e9rences de comportement d\u2019un qubit \u00e0 l\u2019autre et d\u2019un circuit \u00e0 l\u2019autre. A noter qu\u2019ils utilisent des mat\u00e9riaux supraconducteurs pour la couche m\u00e9tal de ces circuits, \u00e0 base de nitrate de titane. Cela procure une faible r\u00e9sistance et r\u00e9duit le bruit de mesure de l\u2019\u00e9tat des qubits. Il y a donc aussi de la supraconductivit\u00e9 des les qubits au silicium !<\/p>\n
Suivait Antoine Browyaes<\/strong>, de l’Institut d’Optique et cofondateur de la startup Pasqal (processeur quantique \u00e0 base d’atomes froids), qui d\u00e9crivait la mani\u00e8re dont on manipule des atomes de Rydberg pour cr\u00e9er des simulateurs de physiques quantiques aussi appel\u00e9s ordinateurs quantiques analogiques. Les atomes de Rydgerg sont des atomes plac\u00e9s dans un haut niveau d\u2019excitation et dont les \u00e9lectrons de valence (couche externe de l\u2019atome) sont de nombre quantique sup\u00e9rieur \u00e0 1 (atomes \u00e0 plus d\u2019une couche d\u2019\u00e9lectrons). La dur\u00e9e de vie de l\u2019\u00e9tat de Rydberg est d\u2019environ 100 \u03bcs. Le record d\u2019interaction entre de tels atomes est de 50 atomes.<\/p>\n
\u200bMathias Urdanpilleta<\/strong>, un coll\u00e8gue de Tristan Meunier et Antoine Browyaes de l\u2019Institut N\u00e9el \u00e9voquait la mani\u00e8re de d\u00e9placer \u00e0 longue distance des spins d\u2019\u00e9lectrons (\u201cLong distance coherent spin shuttling\u201d). Ici, une longue distance signifie 5 \u03bcm ! Mais cela fait de quoi relier des qubits entre eux, donc cela vaut le coup. Voir \u00e0 ce sujet Coherent long-distance displacement of individual electron spins<\/a>, 2017 (27 pages).<\/p>\n
Thibault Jacqmin<\/b> du laboratoire Kastler Brossel (LKB) de l\u2019ENS Paris pr\u00e9sentait des travaux sur la g\u00e9n\u00e9ration de photons micro-ondes par des NEMS. Traduction : NEMS = MEMS mais au lieu de l\u2019\u00e9chelle micro, c\u2019est de l\u2019\u00e9chelle nanoscopique. Ce sont des dispositifs nano-m\u00e9caniques tels que ceux que l\u2019on trouve dans les nombreux capteurs qui \u00e9quipent nos smartphones. Pourquoi g\u00e9n\u00e9rer des micro-ondes de cette mani\u00e8re ? C\u2019est probablement pour permettre le contr\u00f4le de qubits de types divers, notamment supraconducteurs, avec des dispositifs miniaturis\u00e9s.<\/p>\n
Romain Maurand<\/b> est un post-doc du laboratoire IRIG du CEA de Grenoble d\u00e9crivait des circuits de couplage entre spin d\u2019\u00e9lectrons et photons (\u201cSpin-Photon Coupling\u201d). Cela doit servir \u00e0 cr\u00e9er des syst\u00e8mes de couplages entre qubits distants. Les photons micro-ondes utilisent des bandes de fr\u00e9quence comprises entre 5 et 10 GHz (cela recouvre des fr\u00e9quences de la 5G entre 5 et 6 GHz, mais qui sont utilis\u00e9es via des ondes hertziennes, ici, on passe par des mat\u00e9riaux conducteurs). Ces micro-ondes peuvent servir \u00e0 concevoir des bus quantiques de donn\u00e9es entre processeurs quantiques. Ils exploitent des r\u00e9sonateurs micro-ondes supraconducteurs. A ce stade, ils ont pu relier des matrices de 4×4 qubits avec ce genre de technologie.<\/p>\n
Cryog\u00e9nie<\/u><\/p>\n
La partie suivante du workshop portait sur le fascinant domaine de la cryog\u00e9nie et de la cryo\u00e9lectronique, des disciplines qu\u2019il faut absolument ma\u00eetriser pour pouvoir cr\u00e9er un ordinateur quantique dans de nombreux cas (supraconducteurs, semiconducteurs). La discipline comprend la cryog\u00e9nie proprement dite, qui consiste \u00e0 refroidir les circuits quantiques \u00e0 une tr\u00e8s basse temp\u00e9rature mais aussi la cr\u00e9ation de composants fonctionnant bien \u00e0 cette temp\u00e9rature.<\/p>\n
![\"Cryog\u00e9nie](\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/Cryognie-maison-CNRS-Institut-Nel_thumb.jpg\" "\\"Cryog\u00e9nie")
<\/a><\/p>\nCe refroidissement utilise des syst\u00e8mes de r\u00e9frig\u00e9ration \u00e0 base d\u2019h\u00e9lium 3 et 4 (isotopes diff\u00e9rents) et d\u2019azote (pour le filtrage). Sur place \u00e0 Grenoble, j\u2019ai pu d\u00e9couvrir des syst\u00e8mes de cryog\u00e9nie maison cr\u00e9\u00e9s par le CNRS \u00e0 l\u2019Institut N\u00e9el, capables de descendre \u00e0 moins de 20 mK. Le CEA-IRIG est de son c\u00f4t\u00e9 en train de d\u00e9ployer deux syst\u00e8mes commerciaux du leader mondial du secteur, Bluefors <\/strong>(Finlande). Ce dernier syst\u00e8me contient le syst\u00e8me de r\u00e9frig\u00e9ration au-dessus de la colonne blanche (ci-dessous<\/em>). Il est coupl\u00e9 \u00e0 des r\u00e9servoirs et outils techniques dans une salle adjacente (ci-dessous<\/em>, l\u2019\u00e9quipement li\u00e9 \u00e0 deux syst\u00e8mes de cryog\u00e9nie). Ce sont des syst\u00e8mes \u00e0 environ 1M\u20ac la pi\u00e8ce. Ils refroidissent l\u2019installation par \u00e9tages en partant du haut dans l\u2019installation ouverte que l\u2019on appelle parfois le chandelier quantique. On d\u00e9marre en haut \u00e0 4K, puis descend \u00e0 1K et enfin, on se retrouve \u00e0 moins de 20 mK.<\/p>\n
![\"Bluefors](\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/Bluefors-au-CEA-IRIG_thumb.jpg\" "\\"Bluefors")
<\/a>\u00a0![\"IMG_5572\"](\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/IMG_5572_thumb.jpg\" "\\"IMG_5572\\"")
<\/a><\/p>\nLa thermalisation, ou la baisse de temp\u00e9rature \u00e0 moins de 20 mK dure au minimum 24 heures pour une installation \u00e0 temp\u00e9rature ambiante. Mais les \u00e9quipes du CEA ont install\u00e9 un dispositif qui permet de changer l\u2019\u00e9chantillon test\u00e9 en seulement 7 heures. La thermalisation peut ainsi \u00eatre d\u00e9clench\u00e9e pendant la nuit et au petit matin, les exp\u00e9riences peuvent reprendre.<\/p>\n
Ga\u00ebl Pillonnet<\/b> du CEA-Leti d\u00e9crivait dans le workshop la mani\u00e8re de concevoir et r\u00e9partir des circuits \u00e9lectroniques cryog\u00e9niques (\u201cCryoCMOS Circuits\u201d). Il montrait notamment comment on rapprochait progressivement les circuits de contr\u00f4le des qubits dans l\u2019enceinte thermalis\u00e9e. Il faut en effet r\u00e9partir des g\u00e9n\u00e9rateurs de courant continu et des d\u00e9modulateurs (\u00e0 temp\u00e9rature ambiante), des amplificateurs et m\u00e9langeurs (\u00e0 4K), des r\u00e9sonateurs utilisant une technologie Cryo CMOS (fonctionnant \u00e0 1K) et des composants \u00e9lectroniques devant tourner \u00e0 moins de 1K.<\/p>\n
Denis Basko<\/b> du CNRS d\u00e9crivait l\u2019attirail de g\u00e9n\u00e9ration de micro-ondes dans la bande des 5-10GHz, plut\u00f4t d\u00e9di\u00e9 aux ordinateurs \u00e0 qubits supraconducteurs. Et notamment des amplificateurs param\u00e9triques utilisant l\u2019effet Josephson. L\u2019effet Josephson est utilis\u00e9 dans les qubits supraconducteurs mais a d\u2019autres usages comme celui-ci.<\/p>\n
Architecture et syst\u00e8mes<\/u><\/p>\n
Alexia Auffeves <\/strong>de l\u2019Institut N\u00e9el du CNRS de Grenoble \u00e9voquait les questions de consommation d\u2019\u00e9nergie des processeurs quantiques en rappelant qu\u2019en th\u00e9orie les portes quantiques \u00e9taient r\u00e9versibles et que cela procurait un avantage \u00e9nerg\u00e9tique certain par rapport aux ordinateurs traditionnels qui utilisent des portes logiques non r\u00e9versibles. La r\u00e9versibilit\u00e9 permet de consommer beaucoup moins d\u2019\u00e9nergie. Les arbitrages sont complexes \u00e0 r\u00e9aliser : la correction d\u2019erreurs g\u00e9n\u00e8re de l\u2019entropie car on fait un reset des registres quantiques \u00e0 chaque correction d\u2019erreur et cela consomme de l\u2019\u00e9nergie. La consommation d\u2019\u00e9nergie des portes quantiques actuelles est de l\u2019ordre de 10-17 <\/sup>Joule. La limite basse th\u00e9orique r\u00e9gie par la fameuse loi de Landauer est de l\u2019ordre de 10-21<\/sup>\u00a0 Joule. Autre contrainte thermique \u00e0 prendre en compte : le \u201cbudget\u201d de chaleur qui peut \u00eatre g\u00e9n\u00e9r\u00e9 par les circuits quantiques et ce qui les accompagne. A 50 mK, il n\u2019est que de 1 milliwatt. Il monte lorsque l\u2019on atteint 1K. On peut alors d\u00e9penser environ 100 milliwatt. Or un transistor classique consomme 10 microwatts et il est actif environ 1% du temps. Ce qui donne un budget d\u2019environ 106<\/sup> transistors. Voil\u00e0 une autre limite en nombre de qubits\u2026 !<\/p>\n
Je tire de mes discussions avec Alexia la confirmation d\u2019un point cl\u00e9 : m\u00eame sans avantage quantique (calcul plus rapide sur ordinateur quantique que sur supercalculateur), avec juste une \u201c\u00e9galit\u00e9 quantique\u201d, \u00e0 savoir la capacit\u00e9 \u00e0 traiter certains calculs uniquement r\u00e9alisables sur les plus grands supercalculateurs, les ordinateurs quantiques pourront procurer un avantage \u00e9nerg\u00e9tique. En effet, un calculateur quantique consomme environ 15 KW, dont 14KW uniquement pour la r\u00e9frig\u00e9ration.<\/p>\n
Les plus grands supercalculateurs du monde consomment plusieurs MW (m\u00e9gawatts), dont deux ordres de grandeur de plus que les ordinateurs quantiques. Et ils prennent bien plus de place. L\u2019IBM Summit consomme ainsi 13 MW pour une puissance cr\u00eate de 200 petaflops et dont 3,9 MW pour le refroidissement (source<\/a>). Ces MW consomm\u00e9s n\u00e9cessitent un complexe syst\u00e8me de refroidissement par eau qui pompe deux tonnes d\u2019eau par minute. Le Summit occupe 500 m2<\/sup> et p\u00e8se 349 tonnes. A comparer \u00e0 environ 2 tonnes pour un ordinateur quantique qui tient dans une pi\u00e8ce \u00e0 temp\u00e9rature ambiante faisant \u00e0 peu pr\u00e8s 25 m2<\/sup>, ce qui donne aussi un \u201cavantage masse\u201d et un \u201cavantage surface\u201d.<\/p>\n
Yvain Thonnart<\/b> du CEA-Leti traitait des architectures d\u2019ordinateurs quantiques au niveau du packaging des composants. J\u2019attends d\u2019obtenir les illustrations pour commenter cela.<\/p>\n
Philippe Duluc<\/b> d\u2019Atos \u00e9voquait enfin les plans de sa soci\u00e9t\u00e9 pour cr\u00e9er des ordinateurs quantiques. Leur offre actuelle est un \u00e9mulateur d\u2019ordinateur quantique \u00e0 base de processeurs Intel qui peut monter jusqu\u2019\u00e0 41 qubits et coute environ un demi-million d\u2019Euros. Cet \u00e9mulateur a \u00e9t\u00e9 commercialis\u00e9 aupr\u00e8s de plusieurs entreprises priv\u00e9es comme Total en France et aupr\u00e8s de laboratoires de recherche comme celui d\u2019Oak Ridge aux USA (g\u00e9r\u00e9 par Batelle pour le D\u00e9partement de l\u2019Energie). A terme, Atos fabriquera probablement des ordinateurs quantiques utilisables comme coprocesseurs de leurs supercalculateurs. Ils n\u2019ont pas encore choisi la piste technologique \u00e0 adopter. Et pour cause, puisqu\u2019il faut encore attendre un peu avant de se fixer.<\/p>\n
Algorithmes et logiciels<\/u><\/p>\n
Cette partie \u00e9tait trait\u00e9e plus rapidement dans ce workshop et m\u00e9riterait certainement un workshop d\u00e9di\u00e9 d\u2019une journ\u00e9e. Le sujet avait \u00e9t\u00e9 abord\u00e9 sous l\u2019angle des applications d\u2019entreprises dans la conf\u00e9rence Quantum Computing Business organis\u00e9e le 20 juin 2019 \u00e0 Paris, avec les t\u00e9moignages d\u2019Airbus, Total et EDF.<\/p>\n
Dominic Horsman<\/b> de l\u2019Universit\u00e9 Grenoble Alpes traitait des compilateurs et des syst\u00e8mes de correction d\u2019erreur, indiquant comment ils permettaient de simplifier l\u2019ex\u00e9cution d\u2019algorithmes quantiques. Il traitait des \u201cZX quantum compiler\u201d, un sujet qu\u2019il me reste \u00e0 creuser !<\/p>\n
Christian Gamrat<\/b> du CEA List \u00e0 Palaiseau mettait en avant le besoin d\u2019obtenir des langages et compilateurs de haut niveau, qui n\u2019existent pas encore. Il existe aujourd\u2019hui 137 \u00e9mulateurs logiciels de calcul quantique, une soixantaine de classes d\u2019algorithmes quantiques.\u00a0 Christian rappelait que l\u2019avantage quantique avait un horizon variable li\u00e9 \u00e0 l\u2019augmentation de la puissance des supercalculateurs et \u00e0 celle d\u2019algorithmes classiques qui \u00e9voluent aussi. Au point que l\u2019horizon de l\u2019avantage quantique pourrait se d\u00e9placer de 50 \u00e0 100 qubits.<\/p>\n
![\"Ewin](\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/Ewin-Tang_thumb.jpg\" "\\"Ewin")
<\/a><\/p>\nLa jeune am\u00e9ricaine Ewin Tang de 18 ans (ci-dessus<\/em>) avait ainsi publi\u00e9 en juillet 2018 un papier d\u00e9montrant un algorithme de recommandation classique aussi performant qu\u2019un algorithme con\u00e7u pour les ordinateurs quantiques de D-Wave et con\u00e7u notamment par Iordanis Kerenidis en France. Voir A quantum-inspired classical algorithm for recommendation systems<\/a>, Ewin Tang, juillet 2018 (32 pages).<\/p>\n
Christian \u00e9voquait aussi le domaine en devenir du calcul hybride et r\u00e9parti s\u2019appuyant sur des calculateurs quantiques.<\/p>\n
Ecosyst\u00e8me<\/u><\/p>\n
Le workshop se terminait par une discussion sur la construction de l\u2019\u00e9cosyst\u00e8me fran\u00e7ais du quantique avec Christophe Jurczak de Quantonation et moi-m\u00eame.<\/p>\n
Nous mettions en avant le fait que la France avait une place \u00e0 prendre et que les d\u00e9s n\u2019\u00e9taient pas jou\u00e9s comme dans l\u2019IA. Le travail collaboratif des chercheurs illustr\u00e9 dans ce workshop en \u00e9tait une excellente d\u00e9monstration. Le tout adoss\u00e9 \u00e0 la capacit\u00e9 industrielle du CEA-Leti et celle de ST-Microelectronics qui n\u2019a qu\u2019un \u00e9quivalent en Europe, l\u2019IMEC en Belgique qui est un peu l\u2019\u00e9quivalent du Leti.<\/p>\n
Christophe a insist\u00e9 sur la cr\u00e9ation de startups et les m\u00e9thodes associ\u00e9es. J\u2019ai rappel\u00e9 aux physiciens qui constituaient une bonne part de l\u2019audience que nous allions aussi devoir construire un \u00e9cosyst\u00e8me de comp\u00e9tences en d\u00e9veloppement de logiciels quantiques. Nous avons aussi insist\u00e9 sur le besoin d\u2019\u00e9duquer le march\u00e9, les \u00e9lites et les jeunes aux enjeux de ce secteur nouveau. En soulignant le fait qu\u2019il devrait th\u00e9oriquement g\u00e9n\u00e9rer moins d\u2019inqui\u00e9tude que l\u2019intelligence artificielle et la robotique. En effet, le calcul quantique permettra de r\u00e9soudre des probl\u00e8mes \u201cpositifs\u201d comme autour de la sant\u00e9 et du r\u00e9chauffement climatique.<\/p>\n
L\u2019autre point cl\u00e9 est de bien appr\u00e9hender le s\u00e9quencement des \u00e9tapes pour cr\u00e9er des ordinateurs quantiques. Le workshop rappelait que ce n\u2019\u00e9tait pas une science magique ni un travail de laboratoire isol\u00e9, mais plut\u00f4t le rassemblement de talents tr\u00e8s divers apprenant \u00e0 travailler ensemble autour d\u2019un m\u00eame but. A la fin n\u00e9anmoins, il faudra transformer tout cela en entreprises et en business, un changement culturel important.<\/p>\n
Et je n\u2019ai pas termin\u00e9 de vous en parler !<\/p>\n
_______________________________<\/p>\n
PS : dans cette semaine bien charg\u00e9e, j’ai aussi assist\u00e9 \u00e0 la tr\u00e8s belle conf\u00e9rence USI<\/strong> organis\u00e9e par Octo Technology au Carrousel du Louvre. Au menu, de belles intervention et par rapport au sujet de cet article, il y avait surtout celle de Julien Bobroff<\/strong>, un scientifique qui s’est lanc\u00e9 dans la vulgarisation de la physique quantique avec une p\u00e9dagogie extr\u00eamement efficace. Voir la version longue de cette intervention donn\u00e9e \u00e0 la Cit\u00e9 des Sciences (vid\u00e9o<\/a>, 1h53).<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
J\u2019ai pass\u00e9 une journ\u00e9e et demie \u00e0 Grenoble, en participant \u00e0 un workshop sur l\u2019informatique quantique organis\u00e9 par le CEA-Leti sous la houlette de Maud Vinet. La parole y avait \u00e9t\u00e9 donn\u00e9e \u00e0 pr\u00e8s de 30 chercheurs d\u2019horizons divers, aussi bien issus des laboratoires de recherche de Grenoble (CEA-DRF, CEA-Leti et CNRS Institut N\u00e9el). Avec […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[11,7,3057],"tags":[1911,2876,108,3242,1088,392,3241,3239,3100,3058,3240],"class_list":["post-17546","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-france","category-logiciels","category-quantique","tag-cea-leti","tag-cmos","tag-cnrs","tag-ens-lpa","tag-ibm","tag-inria","tag-institut-neel","tag-ordinateur-quantique","tag-quantonation","tag-qubit","tag-qudit"],"views":16768,"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/17546","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=17546"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/17546\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=17546"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=17546"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=17546"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}
- Les qubits r\u00e9alis\u00e9s en photonique <\/strong>sont s\u00e9duisants mais leur circuiterie limite statiquement le nombre de portes quantiques que l\u2019on peut ex\u00e9cuter, donc, la longueur d\u2019un algorithme, appel\u00e9e \u201cprofondeur\u201d en calcul quantique. C\u2019est une technique utilisant des qubits volants, des photons, qui se d\u00e9gradent sur leur trajet.<\/li>\n
- Pour tout un tas de raisons, les qubits supraconducteurs<\/strong> qui ont \u00e9t\u00e9 choisis par IBM, Google et Rigetti ne pourrons pas scaler au-del\u00e0 de quelques centaines de qubits. Ils le savent. IBM a mis la charrue avant les b\u0153ufs en annon\u00e7ant son Q System One en janvier 2019, avec 20 malheureux qubits bruyants et dot\u00e9 d\u2019un design de mus\u00e9e. Pourquoi faire ? Pour l\u2019y exposer rapidement ?<\/li>\n
- Fid\u00e9lit\u00e9 <\/strong>: avec des taux d\u2019erreur aussi faibles que possible lors des calculs, qui sont bien trop \u00e9lev\u00e9s aujourd\u2019hui. On peut compenser cela avec un grand nombre de qubits avec ces taux d\u2019erreur mais on ne sait pas encore les fabriquer.<\/li>\n
- L\u2019excellence de la recherche fran\u00e7aise <\/strong>sera mise en avant pour l\u00e9gitimer une place de choix dans ce nouveau secteur. On se la raconte sur chaque nouveau plan. Il faut certes investir dans la recherche et si possible revaloriser la r\u00e9mun\u00e9ration des chercheurs qui est un v\u00e9ritable cache-mis\u00e8re. Mais ce n\u2019est pas assez.<\/li>\n