23 Oct « Il est temps que le quantique passe du monde académique au monde industriel »
Technologies quantiques : de la recherche aux applications de demain
Ordinateur quantique, cryptographie, capteurs, santé, nouveaux matériaux… Les technologies quantiques ouvrent de nouvelles perspectives pour la recherche et l’industrie. Mais comment passer des laboratoires aux applications concrètes ? La Cité de l’Économie et des Métiers de Demain explore cette révolution technologique et les compétences nécessaires pour la transformer en innovations.
« Si vous croyez comprendre la mécanique quantique, c’est que vous ne la comprenez pas », aurait prévenu le prix Nobel Richard Feynman.
À l’occasion d’une Longue-Vue, la Cité de l’Économie et des Métiers de Demain, créée et portée par la Région Occitanie, a tout de même tenté d’y voir plus clair.
De la découverte des lois de la physique quantique aux ordinateurs quantiques, en passant par les capteurs, la cryptographie ou l’imagerie : retour sur deux révolutions quantiques et sur les perspectives qu’elles ouvrent pour les entreprises et les territoires.
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Physique quantique : de quoi parle-t-on ?
La mécanique quantique étudie les phénomènes physiques qui se produisent à des échelles extrêmement petites : celles de l’atome, de la molécule, de l’électron ou du photon.
« Dit simplement, la physique quantique désigne les lois du monde et de la nature à petite échelle », résume Julien Bobroff, physicien et professeur à l’Université Paris-Saclay, titulaire de la chaire « La Quantique Autrement » et chercheur au Laboratoire de Physique des Solides.
À cette échelle, les objets ne se comportent plus selon les règles auxquelles nous sommes habitués dans notre quotidien.
Et c’est précisément cette physique contre-intuitive qui ouvre aujourd’hui de nouvelles perspectives technologiques.
De la première à la seconde révolution quantique
L’histoire des technologies quantiques ne commence pas avec l’ordinateur quantique.
La première révolution remonte au début du XXe siècle, avec la compréhension progressive de plusieurs propriétés fondamentales de la matière à très petite échelle : dualité onde-particule, quantification, superposition et intrication.
Ces découvertes ont progressivement permis le développement de technologies devenues omniprésentes : lasers, LED ou encore microprocesseurs.
Nos smartphones sont donc, eux aussi, les héritiers de la physique quantique.
« Ce que la première révolution avait permis de faire à l’échelle de l’atome, la seconde a permis de le faire à l’échelle d’une seule particule. »
Julien Bobroff
La seconde révolution quantique va plus loin : il ne s’agit plus seulement de comprendre les propriétés quantiques de la matière, mais de parvenir à les contrôler individuellement pour développer de nouveaux usages.
Technologies quantiques : quelles applications ?
Les technologies quantiques ne se résument pas aux ordinateurs quantiques.
Plusieurs champs d’application sont explorés.
Les capteurs quantiques, par exemple, permettent d’atteindre des niveaux de précision extrêmement élevés.
Xavier Marie, enseignant-chercheur à l’INSA Toulouse et cofondateur de l’Institut Quantique Occitan, cite notamment les gravimètres quantiques.
Ces instruments peuvent mesurer d’infimes variations de gravité et fournir des informations sur la composition du sous-sol : présence de magma, de granite ou encore de nappes souterraines.
D’autres applications concernent l’imagerie, les communications ou la cryptographie quantique.
La seconde révolution quantique pourrait ainsi concerner des secteurs aussi différents que la santé, l’industrie, les télécommunications, les matériaux ou l’environnement.
Ordinateur quantique : pourquoi suscite-t-il autant d’intérêt ?
C’est probablement l’application la plus médiatisée : l’ordinateur quantique.
Un ordinateur classique manipule des bits prenant la valeur 0 ou 1. Le calcul quantique s’appuie, lui, sur des qubits, dont le fonctionnement exploite notamment les phénomènes de superposition et d’intrication.
Cette nouvelle manière de traiter l’information ouvre la perspective de résoudre certains types de problèmes particulièrement complexes.
Parmi les applications envisagées figurent notamment la simulation de phénomènes physiques et chimiques, la recherche de nouveaux matériaux ou encore certaines problématiques d’optimisation.
L’un des exemples évoqués lors de la Longue-Vue concernait la recherche de matériaux alternatifs pour les batteries.
Dans le domaine médical, la simulation pourrait également contribuer à explorer de nouvelles molécules et de nouveaux traitements.
Le potentiel est considérable, mais ces perspectives ne signifient pas que l’ordinateur quantique remplacera simplement nos ordinateurs actuels.
Il s’agit plutôt d’imaginer de nouveaux outils capables de traiter certaines catégories de problèmes autrement.
Le quantique oblige à penser autrement
L’un des défis des technologies quantiques est justement leur caractère contre-intuitif.
« Les principes du quantique vont à l’encontre de nos habitudes », explique Xavier Marie.
Il ne s’agit donc pas uniquement de construire de nouvelles machines.
Il faut aussi développer de nouvelles manières de penser les problèmes, les algorithmes et les usages.
Aida Todri-Sanial, directrice de recherche au CNRS, souligne notamment les différences entre algorithmes classiques et algorithmes quantiques, ainsi que la nécessité de prendre en compte les erreurs et le bruit inhérents aux systèmes quantiques.
Cette rupture technologique entraîne donc également un enjeu majeur de compétences et de formation.
Comment faire passer le quantique du laboratoire à l’industrie ?
C’est l’un des principaux défis soulevés lors de cette Longue-Vue : transformer une recherche scientifique de haut niveau en applications industrielles concrètes.
La France dispose d’équipes académiques reconnues et d’un écosystème associant chercheurs, grands groupes et startups.
Mais maîtriser la technologie ne suffit pas.
Il faut également identifier des cas d’usage capables de répondre à des besoins réels.
« La meilleure manière de développer nos compétences, c’est de tester la recherche sur des cas d’application concrets », souligne Xavier Vasques.
Le passage de la recherche à l’industrie suppose donc de faire travailler ensemble physiciens, ingénieurs, informaticiens et spécialistes des usages.
Chez Thales, cette hybridation des compétences passe notamment par des binômes permettant aux spécialistes de la physique quantique et aux ingénieurs en architecture système de partager leurs connaissances.
Une approche qui rappelle un principe essentiel de l’innovation : une technologie ne prend réellement de la valeur que lorsqu’elle rencontre des compétences, des usages et des besoins.
Technologies quantiques : un enjeu de compétences pour les entreprises
Cette révolution technologique pose ainsi une question directement liée au futur des métiers.
Quelles compétences faudra-t-il développer pour exploiter les technologies quantiques ? Comment permettre aux ingénieurs et aux entreprises de comprendre suffisamment ces technologies pour identifier leurs applications ? Quels nouveaux métiers vont apparaître à l’interface entre physique, informatique et industrie ?
Les technologies quantiques illustrent une transformation que l’on retrouve dans de nombreux domaines : les grandes ruptures technologiques obligent les compétences à évoluer en même temps que les machines.
Former uniquement des spécialistes ne suffira donc probablement pas.
Il faudra aussi créer des passerelles entre disciplines et permettre à davantage d’entreprises de comprendre ce que le quantique peut — ou ne peut pas encore — leur apporter.
Expérimenter pour transformer la recherche en usages
C’est précisément là que le sujet rejoint les réflexions de la Cité de l’Économie et des Métiers de Demain.
Face à une technologie émergente, deux écueils sont possibles : attendre qu’elle soit parfaitement mature avant de s’y intéresser ou, à l’inverse, surestimer ses capacités avant même que ses usages soient établis.
Entre les deux, l’expérimentation permet de tester des applications, développer les compétences et confronter les promesses technologiques aux besoins réels.
Pour les entreprises comme pour les territoires, la question n’est donc pas seulement de savoir quand la révolution quantique arrivera.
Elle est de commencer à identifier ce qu’il faut comprendre, expérimenter et apprendre aujourd’hui pour être capable de s’en saisir demain.
« Regarder un atome le change, regarder l’homme le transforme, regarder l’avenir le bouleverse. »
Gaston Berger