Le jeudi 10 septembre 2020 a eu lieu l’inauguration du centre d'information quantique Sorbonne Université (QICS). Co-directeur du centre avec le chercheur en information quantique, Frédéric Grosshans, Nicolas Treps nous présente cet institut unique en France, à la croisée de la physique, de l’informatique, des mathématiques et des sciences humaines et sociales.

Que recouvre le terme d’information quantique ?

Nicolas Treps : Apparue au début du XXe siècle, la physique quantique régit l’organisation de l'infiniment petit (atomes, photons, etc.) selon des lois très différentes de celles de notre monde quotidien. Depuis une trentaine d’années, les scientifiques utilisent ces lois pour développer de nouvelles technologies permettant de réaliser des opérations que l'on ne pourrait pas faire avec la physique classique.

Née dans les années 1980, l’information quantique correspond à l'application de ces lois dans le domaine des communications, du calcul et de la simulation. Elle comprend notamment la cryptographie, c’est-à-dire le codage de l'information pour la rendre secrète et confidentielle.

Comment est né le centre d'information quantique ?

N. T. : Depuis quelques années, les technologies quantiques sont devenues un enjeu industriel. Une course à la recherche, à l’innovation et aux talents a été engagée au niveau international. L'Union européenne finance déjà de nombreux travaux dans ce domaine. Un domaine qui constitue, en France, l’une des priorités de la recherche technologique.
Dans ce contexte, le LIP6 (laboratoire d’informatique de Sorbonne Université), et le LKB (laboratoire Kastler Brossel) auquel j’appartiens, ont commencé à développer en 2016 une collaboration pour faire dialoguer informatique et physique autour de l’information quantique. Soutenue par Sorbonne Université et la faculté des Sciences et Ingénierie, cette collaboration a donné naissance en janvier dernier au QICS, un centre qui regroupe à part égale physiciens et informaticiens.

Quels sont ses objectifs ?

N. T. : Contrairement aux autres centres quantiques en France, notre spécificité est de nous focaliser sur l'information quantique et non sur les technologies quantiques en général. Le QICS a pour vocation d'intensifier les interactions entre la recherche expérimentale et théorique et l'ingénierie, tout en explorant les implications sociétales de cette nouvelle façon de traiter l'information. Il s'agit également d'accroître les efforts d'enseignement dans ce domaine, de sensibiliser nos partenaires et de collaborer avec l’industrie au sein des écosystèmes d’innovation.

Nous avons la chance d’avoir une communauté très active et de très haut niveau au sein de l’Alliance Sorbonne Université. Il faut désormais faire dialoguer ces différents acteurs de l’information quantique entre eux et promouvoir des travaux collaboratifs grâce à des workshops, conférences, écoles d'été, etc.
Plus largement, le QICS doit être vu comme un outil à la disposition des personnels de l’Alliance Sorbonne Université. Si un laboratoire a besoin de comprendre ce que l’information quantique peut lui apporter, nous devons être le point d’entrée. Ce centre sera un succès quand les différents acteurs en auront pris possession pour l'utiliser et le faire vivre.

Le QICS a également pour objectif d’offrir une meilleure visibilité à l’échelle nationale et internationale des recherches dans le domaine de l’information quantique.

La pluridisciplinarité est au cœur des instituts. Comment se concrétise-t-elle au quotidien ?

N. T. : Au-delà du LKB et du LIP6, le QICS s'appuie sur l'ensemble des forces de l'université et de l'Alliance Sorbonne intéressées par l’information quantique. Il regroupe une large communauté allant de l'informatique à la physique, en passant par les mathématiques et les sciences humaines. Il comprend, par exemple, le laboratoire Costech de l'Université technologique de Compiègne qui s’intéresse, d’un point de vue philosophique, aux enjeux épistémologiques et sociaux associés à ce nouveau traitement de l’information.

Grâce à cette approche pluridisciplinaire, nous souhaitons faire du QICS un lieu de réflexion sur ce que sont les technologies quantiques afin d’être en mesure de répondre aux questions sociétales que peuvent notamment se poser nos dirigeants.

Par ailleurs, nous allons participer à la mise en place de collaborations pluridisciplinaires en aidant les porteurs de projets à trouver des partenaires au sein de notre communauté. Nous répondrons, au titre du centre, aux appels Émergence de Sorbonne Université ainsi qu’à des appels nationaux et internationaux ambitieux.

Quels sont les enjeux du QICS en termes de formation ?

N. T. : Actuellement, peu de personnes possèdent une double compétence en informatique et en physique quantique. Il y a un véritable enjeu d'enseignement dans ce domaine. Un enseignement qui doit être pensé à tous les niveaux de l’université et en lien avec le monde socioéconomique car de nombreuses grandes entreprises souhaitent se former à ce sujet.

Dans un premier temps, nous allons identifier les cours déjà existants en rapport avec la thématique, puis créer des options labellisées par le centre pour aider les étudiantes et les étudiants à s’orienter dans cette voie. Nous allons également faire en sorte que les doctorantes et doctorants de Sorbonne Université qui travaillent sur ces thématiques puissent se rencontrer grâce à des formations communes ou des écoles pré-doctorales.
À terme, nous espérons créer un programme d’enseignement cohérent et spécifique allant du premier cycle aux études doctorales, en passant par la formation continue.

Quel impact les recherches qu’il porte peuvent-elles avoir sur la société ?

N. T. : Deux grandes thématiques sont au cœur de nos recherches : le calcul et la simulation quantiques, d’une part, et les communications, d’autre part. Dans ces deux axes, il y a à la fois des besoins de recherche en « hardware » pour développer des supports physiques efficaces, et des besoins en « software » pour développer des logiciels permettant de faire fonctionner ces systèmes.

L’une des applications les plus médiatiques est peut-être celle de l'ordinateur quantique. Si nous sommes encore loin de créer un ordinateur « grand public », il est possible qu’il y ait, d’ici moins d’une dizaine d’années, des machines quantiques capables de faire certaines opérations spécifiques. Elles pourraient être utilisées pour la recherche et par de grandes entreprises, notamment en finance.  

D’autres technologies quantiques vont avoir un impact direct sur la société, comme des simulateurs quantiques permettant de prédire les propriétés moléculaires de matériaux de synthèse. Concernant les communications, des solutions de cryptographie existent déjà. La startup Cryptonext, co-fondée par un chercheur de Sorbonne Université, propose déjà des dispositifs résistants aux capacités de calcul post-quantiques.

Si ces applications sont encore difficiles à appréhender pour le grand public, des grands groupes s'y intéressent déjà pour améliorer leur process, renforcer leur sécurité ou augmenter leur capacité de calcul. Certains nous ont contacté en ce sens. Par ailleurs, de nombreuses startups se développent dans ce domaine. Nous en avons déjà identifié cinq issues des laboratoires de l'Alliance Sorbonne Université.