“Quantique : le virage technologique que la France ne ratera pas ” – Remise de mon rapport au Gouvernement le 9 janvier 2020 et annonces des ministres
Après des mois de travail, le rapport « Quantique : le virage technologique que la France ne ratera pas » a été remis, jeudi 9 janvier 2020, à Madame la Ministre Florence Parly, Madame la Ministre Frédérique Vidal, et Monsieur le Ministre Cédric O.
Avec mes co-rapporteurs, Jean-Paul Hertaman, Président d’Honneur du GIFAS, Président-directeur général, du Groupe SAFRAN, et Iordanis Kerenidis, Directeur de recherche au CNRS, nous détaillons dans ce rapport une liste de propositions pour faire de la France un des leaders mondiaux de cette technologie.
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La France a la chance de déjà disposer d’un écosystème dynamique, d’une recherche d’excellence et d’industries de pointe pour s’inscrire comme leader de cette technologie.
Néanmoins pour réussir la stratégie, il est urgent et nécessaire de :
- Augmenter l’investissement sur ces technologies pour atteindre 1,4 milliards d’euros sur 5 ans. Pour y parvenir, il s’agirait de doubler, voire tripler, les investissements actuels de l’Etat et renforcer ceux du secteur privé.
- Prouver les usages de cette technologie, en sortant le quantique des laboratoires avec la création de trois hubs quantiques à Paris, Saclay, Grenoble.
- Former de nouveaux talents en créant des parcours de formation avec une spécialisation en ingénierie et en informatique quantique pour ainsi anticiper la croissance du besoin en ingénieurs et techniciens des filières industrielles.
Les annonces du Gouvenement pour faire de la France un leader des technologies quantiques
Sur la base de nos recommandations, Florence Parly, ministre des Armées, Bruno Le Maire, ministre de l’Economie et des Finances, Frédérique Vidal, ministre de l’Enseignement supérieur, de la Recherche et de l’Innovation, et Cédric O, secrétaire d’Etat chargé du Numérique, ont présenté leur vision du quantique et la mobilisation à venir du Gouvernement à travers 5 mesures :
- la création d’une task force opérationnelle (Etat, opérateurs de recherche & financiers) chargée, dans le cadre du prochain Pacte Productif, de mettre en œuvre cette stratégie ;
- l’intégration du quantique dans le décret sur les investissements stratégiques étrangers ;
- début 2020, le ministère des Armées lancera un appel à projets sur l’adaptation, pour la défense, des capteurs quantiques et financera le développement d’un gravimètre quantique embarqué sur un futur bâtiment d’hydrographie et d’océanographique ;
- le ministère de l’Enseignement supérieur, de la Recherche et de l’Innovation va créer un nouveau programme de recherche sur le sujet.
Visionnez la conférence en intégralité
Les messages clés du rapport
Pouvons-nous démultiplier nos capacités de calcul ? Nos protocoles de chiffrement seront-ils tous rendus obsolètes du jour au lendemain ? Les technologies quantiques sont-elles le futur de l’informatique ?
Des questions qui ont été au cœur de mes réflexions, à l’occasion de la mission que m’a confié le Premier ministre en avril 2019 pour bâtir la stratégie nationale de la France en la matière.
D’avril à juin 2019, nous avons commencé nos travaux par des auditions. Une cinquantaine ont été réalisées en deux mois, entendant à la fois des chercheurs en physique, mathématique, informatique, mais aussi des industriels français et étranger, ainsi que des institutions nationales et européennes. Ce travail, à la fois extrêmement complet et exigeant, a permis de comprendre les enjeux soulevés par les technologies quantiques, mais aussi d’entrer dans le détail des avancées scientifiques pour enfin établir une feuille de route nationale juste et ambitieuse.
Premier constat : Face à la rapidité et à l’incertitude des évolutions des technologies quantiques, seuls les pays qui auront osé prendre des risques trouveront une place dans ce nouveau tournant technologique et pourront donc garantir leur souveraineté. La France doit agir vite. Elle a la chance d’être dotée d’un écosystème d’une immense qualité, grâce, notamment, à un tissu de chercheurs académiques hors pair.
Mais, si le monde de la recherche est encore principalement à la manœuvre de cette révolution, elle ne peut se passer d’industriels réalisant des investissements importants et testant ces nouvelles innovations.
L’ensemble des recommandations du rapport ont pour principal objectif de tisser des ponts entre ces deux univers, évoluant trop souvent côte à côte.
Deuxième constat : Cette révolution ne va pas seulement impacter un petit cercle d’initiés, mais risque aussi de bouleverser les outils numériques, qu’ils soient à usage professionnel dans les domaines de la santé, de la logistique, de la banque, ou à usage personnel dans un futur plus lointain en bousculant la fabrication de nos propres supports numériques personnels. Le succès de la France dans ce domaine ne pourra être obtenu qu’en faisant du quantique un sujet plus accessible et plus attractif.
Vulgariser, expliquer cette technologie, la rendre concrète est une des conditions sine qua none du succès de la stratégie française.
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Des ambitions fortes pour la France
La profondeur de la rupture que pourraient induire les technologies quantiques dans les prochaines décennies est au moins comparable à celle qui résulte de l’invention du transistor au milieu du XXe siècle. Les principales grandes puissances mondiales à l’instar des États-Unis, de la Chine, du Royaume-Uni ou de l’Allemagne, ont mis en place des programmes nationaux globaux ambitieux en matière de technologies quantiques.
La France confirmera sa place de puissance industrielle de premier plan et de leader européen, en développant, avant la fin de la décennie, une offre technologique de rang mondial en matière de technologies quantiques à l’instar de ce qu’elle a réussi à développer pour le nucléaire et l’aérospatial.
Les ambitions :
- Devenir l’un des leaders mondiaux en matière de calculateurs quantiques tolérants aux défauts (LSQ)
- Devenir le leader européen en matière de calculateurs quantiques bruités de taille intermédiaire (NISQ)
- Devenir l’un des leaders mondiaux en matière de logiciels métiers
- Jouir d’une large autonomie industrielle sur les technologies habilitantes
- Jouir d’une large autonomie industrielle sur les capteurs à base des impuretés dans le diamant
- Maintenir une indépendance stratégique sur les technologies de cryptographie
Pour réussir la stratégie, 50 propositions détaillées
Les propositions du rapport s’articulent autour de six axes :
- UNE INFRASTRUCTURE DE POINTE POUR LA RECHERCHE ET L’INDUSTRIE
- La nécessité de mettre en place en France une infrastructure de rang mondial, intégrant différents émulateurs et accélérateurs quantiques basés sur des principes technologiques divers, pour :
– Développer l’écosystème logiciel et les usages ;
– Développer la légitimité et le rayonnement de la France à l’international. - Parler de stratégie nationale de la France sur les nouvelles technologies quantiques, ne peut pas se faire sans y adjoindre une dimension internationale. L’Allemagne et le Royaume-Uni, parmi les premiers pays européens ayant défini une stratégie nationale ambitieuse en matière de technologies quantiques, pourraient devenir des partenaires européens de premier plan de la France en matière de technologies quantiques.
- Un autre espace international de poids est celui de l’instance de normalisation en matière de technologies quantiques. Le NIST organise ainsi une compétition mondiale visant à sélectionner les primitives de cryptographie post-quantiques les plus prometteuses, nous devons être présent en force. Ce sont des espaces incontournables pour défendre des intérêts nationaux : un calendrier de normalisation des acteurs français doit se dessiner avec une identification des objectifs visés en la matière.
- UN PROGRAMME DE SOUTIEN AU DÉVELOPPEMENT TECHNOLOGIQUE
- La mise en place de programmes de recherche et développement technologique associant acteurs publics et privés permettrait de lever les différents verrous scientifiques et technologiques jalonnant le développement de l’ordinateurs quantique, ainsi que des dispositifs de cryptographie nécessaires à la sécurisation des communications sensibles à l’ère du quantique.
– Des dispositifs « bottom-up », qui renforceraient les dispositifs existants et y incluraient des priorités sur les technologies quantiques : appels à projets ANR, concours d’Innovation, PSPC (Projets Structurants pour la Compétitivité), etc.
– Des dispositifs « top-down », les Grands-Défis ainsi que des actions du Plan d’Investissement d’Avenir pourront permettre d’atteindre les ambitions françaises en matière d’ordinateur quantique, en matière de logiciel, et de cryogénie.
- UN PROGRAMME DE SOUTIEN AU DÉVELOPPEMENT DES USAGES
Des « challenges quantiques » associant secteurs d’usages et secteurs technologiques, aussi bien dans le domaine du calcul quantique que dans le domaine des capteurs quantiques permettront de renforcer la compétitivité des secteurs aval tout en sécurisant les débouchés court-terme des secteurs technologiques.
- UN ENVIRONNEMENT D’INNOVATION EFFICACE
- Une proposition est la création à Paris, à Saclay ainsi qu’à Grenoble, de trois « Hubs Quantiques » rassemblant chercheurs en physique quantique, chercheurs en informatique théorique et appliquée, ingénieurs, industriels des filières technologiques, et utilisateurs finaux, pour lever les verrous jalonnant les objectifs de la stratégie nationale.
- Les raisons sont assez simples : il s’agit à ce stade des pôles les plus matures, en revanche cela ne doit pas se faire au détriment de certaines zones qui sont elles aussi à la pointe comme Nice ou Strasbourg. La création de ces hubs permettra de pallier ce manque d’agilité entre le monde de la recherche, la création de spin-off et les industries. Ces hubs auraient en plus le mérite d’augmenter la visibilité au niveau international.
- L’écosystème quantique est aujourd’hui extrêmement performant en France mais mériterait de voir ses rangs grossir, surtout si le virage technologique annoncé arrive rapidement.
- Il est nécessaire et indispensable de concevoir des parcours de formation avec une spécialisation en ingénierie et en informatique quantique et anticiper la croissance du besoin en ingénieurs et techniciens des filières industrielles.
- Il faut acculturer au maximum les ingénieurs informatiques au quantique, une formation en algorithmie quantique dans les principaux cycles d’ingénieurs en informatique mais aussi un module pour les masters en cryptographie nous paraît nécessaire. L’objectif n’est évidemment pas de faire de tous les étudiants des spécialistes de l’informatique quantique mais de prévoir la réponse aux besoins d’emplois qui vont petit à petit arriver sur le marché de l’emploi.
- UNE STRATÉGIE DE SÉCURITÉ ÉCONOMIQUE ADAPTÉE
- La position de la France en matière de technologies quantiques encourage certains organismes ou États à s’intéresser à l’écosystème français et à cibler les acteurs les plus vulnérables, en pointe au niveau mondial.
- La protection du patrimoine scientifique et technologique et la diplomatie économique seront les piliers d’une stratégie d’intelligence économique efficace.
- UNE GOUVERNANCE EFFICACE
- Compte tenu du niveau élevé d’incertitudes relatif à certaines voies de développement des technologies quantiques, les horizons de temps longs des actions à mener et l’intensité capitalistique nécessaire, l’État doit se doter d’une gouvernance agile et dotée d’un pouvoir décisionnel.
- Nous proposons donc de constituer un Comité Stratégique chargé de prendre les décisions d’orientation des actions de recherche.
- Ainsi que de nommer un coordinateur interministériel du plan national, chargé de veiller à la cohérence globale des actions des différents acteurs publics et privés au niveau national.
Sur le plan financier et les besoins en investissement, nous estimons que l’effort doit être de 2 milliards d’euros sur 5 ans, un investissement public-privé (État, collectivités, commission Européenne, industriels, fonds d’investissements). L’investissement du secteur public (État, collectivités, Commission), déjà non négligeable, doit être renforcé et induire un effet de levier important sur l’investissement privé. |
Conclusion
Entrer dans le jeu international et européen des technologies quantiques est possible à condition de déclencher une mise en mouvement rapide.
Aujourd’hui, les ressources humaines et intellectuelles sont prêtes. La France peut s’appuyer sur elles, mais elle doit mobiliser les moyens nécessaires. Grâce à une stratégie nationale ambitieuse, les technologies quantiques sont appelées à faire de la France un acteur incontournable sur la scène internationale.
Le quantique en quelques mots
La physique quantique est la meilleure théorie dont on dispose aujourd’hui pour comprendre et expliquer le comportement de la matière à l’échelle subatomique (protons, électrons, neutrons, photons). Depuis le XXe siècle, le quantique a déjà révolutionné notre conception du monde mais aussi notre mode de vie avec certains objets qui s’appuient déjà sur des technologies quantiques : les transistors qui sont des composants pour nos ordinateurs, les lasers, les LED, les IRM dans les hôpitaux ou encore les horloges atomiques.
Les technologies quantiques se matérialisent concrètement par :
- La possibilité de réaliser certains types de calcul dans des ordres de grandeur que des ordinateurs classiques ne permettent pas, et donc démultiplier nos capacités de calcul.
- Grâce à la multitude de possibilités dont il dispose, un ordinateur quantique peut donc résoudre des problèmes habituellement inaccessibles aux ordinateurs classiques en un temps raisonnable et avec une faible consommation d’énergie.
Depuis quelques mois, le monde s’agite autour de cette technologie : une quasi-suprématie quantique annoncée par Google en octobre dernier, l’ordinateur d’IBM, le lancement d’un satellite à communication quantique par la Chine, Microsoft et Amazon qui lancent tous deux des services de cloud computing quantique pour chercheurs et industriels. Bref, le monde s’emballe, se prépare et investit. Coup de communication, coup de bluff, buzz, …. L’écosystème est sceptique mais malgré tout, il est clair que ces informations émiettées dans la presse nous indiquent le caractère hautement stratégique que recouvre ces technologies.
Les technologies quantiques se développent, de nos jours, majoritairement dans trois secteurs : l’algorithme ou calcul quantique, les communications et l’industrie des capteurs.
Calcul Quantique, la base de tout
Dans les années 1980, Richard Feynman, l’un des physiciens les plus influents de la seconde moitié du XXe siècle et prix Nobel de physique, pose les bases d’un nouveau paradigme de calcul basé sur les étonnantes propriétés de la physique quantique que sont l’intrication et la superposition. Il propose alors le calcul quantique comme un moyen de simplifier les calculs de modélisation chimique à l’échelle atomique et moléculaire.
L’intérêt pour ce domaine s’est accru, dans les années 1990, avec de nouvelles accélérations résultant de la capacité des calculateurs quantiques à effectuer plusieurs calculs simultanément.
Le concept selon lequel les qubits peuvent exister dans plusieurs états en même temps est appelé superposition, ce qui signifie que quelque chose peut être « ici » et « là » ou « en haut » et « en bas » simultanément. Le concept selon lequel deux qubits peuvent avoir des états corrélés est appelé intrication : la connaissance de l’état de l’un permet de connaître l’état de l’autre même s’il en est spatialement éloigné.
Longtemps cantonnés à la sphère de l’informatique théorique, les premiers calculateurs quantiques fonctionnels n’ont pu être développés et construits que 30 ans après la proposition de Feynman. Aujourd’hui, le nombre d’entreprises construisant des calculateurs quantiques basés sur des technologies et matériaux différents est en perpétuelle croissance. Il convient de citer : D-WAVE, IBM, Google, PASQAL (France), etc.
En dépit de leurs promesses de puissances de calcul inégalées, les calculateurs quantiques n’ont pas vocation à remplacer les ordinateurs classiques car ils ne présentent un avantage que pour certains types de problèmes. Ce seront des coprocesseurs qui accéléreront certains calculs bien spécifiques., pour lesquels le gain de temps sera radical (passage de plusieurs milliers d’années à quelques heures), rendant accessibles certains calculs irréalisables en pratique à ce jour dans les domaines de la chimie, la science des matériaux, la santé, la biologie, l’optimisation logistique, l’apprentissage pour l’Intelligence artificielle.
Capteurs Quantiques
En exploitant la sensibilité extrême des états quantiques, les capteurs quantiques atteignent des précisions de mesure inégalées. Ces capteurs exploitent les propriétés d’intrication des objets quantiques (atomes, molécules, photons etc.) pour améliorer la sensibilité, la reproductibilité et la justesse des mesures. Les capteurs quantiques ont plusieurs applications prometteuses dans le domaine de la défense :
- Navigation : Accéléromètres, magnétomètres et gravimètres quantiques embarqués pourraient répondre à la dépendance des systèmes de navigation critiques à l’égard des signaux satellites qui peuvent être brouillés ou usurpés par un attaquant, rendant les systèmes de navigation inutilisable. Un avion pourrait faire un vol transocéanique et arriver à sa destination avec une précision de quelques mètres sans utiliser le signal GPS.
- Télédétection : Le radar quantique est une technologie de télédétection émergente qui vise à permettre de détecter des objets mouvants dans des zones où le bruit de fond est élevé et de filtrer les tentatives délibérées de brouillage.
Cryptographie Quantique et Post-Quantique
La distribution quantique de clés, souvent abrégée QKD pour « quantum key distribution », est une méthode de communication quantique qui exploite les propriétés d’intrication et permet à deux individus de produire une clé secrète aléatoire. Cette dernière peut ensuite être utilisée pour chiffrer et déchiffrer des messages en utilisant des canaux traditionnels, assurant, ainsi, leur confidentialité et empêchant leur modification discrète par un tiers. Elle permet, sous certaines hypothèses d’implémentation, que la clé commune obtenue n’a pas pu être physiquement interceptée.
L’originalité de cette technologie est que cette assurance ne dépend pas de la puissance de calcul ou du savoir-faire mathématique d’un attaquant, contrairement à ce qui se passe en cryptographie classique. Elle repose en revanche sur des postulats de la mécanique quantique (théorème de non-clonage, principe d’incertitude), et sur la qualité de sa réalisation pratique.
La cryptographie post-quantique est une autre réponse possible aux capacités d’attaque cryptographique d’un calculateur quantique. Ce terme désigne des mécanismes de chiffrement classiques basés sur des problèmes mathématiques dont la difficulté reste intacte face à un calculateur quantique.
3 Replies to ““Quantique : le virage technologique que la France ne ratera pas ” – Remise de mon rapport au Gouvernement le 9 janvier 2020 et annonces des ministres”
La dimension réseaux, pour l’interconnexion des capteurs, des calculateurs quantiques, pour le blind computing (Cloud computing quantique), pour la synchronisation d’horloge, …. n’est pas clairement identifiée ! Pourtant l’internet nous démontre tous les jours son importance tant d’un point de vue des usages et des techniques que d’un point de vue économique. L’internet quantique, qui ne se réduit pas au QKD, fera aussi partie du décors des technologies quantiques.