Projets ciblés du PEPR Quantique
Les technologies quantiques sont à l’orée de potentielles ruptures qui auront des impacts sur l’ensemble de la société, avec des retombées à la fois dans les domaines civils et militaires. Compte tenu des enjeux économiques et des enjeux de souveraineté, ces possibles ruptures sont l’objet d’une compétition mondiale impliquant à la fois les états et tous les géants du numérique.
Le "Programme et Equipement de Recherche Prioritaire" (PEPR) quantique représente la partie amont de la stratégie nationale d’accélération dédiée aux technologies quantiques, annoncée en janvier 2021. Il vise à soutenir les efforts de recherche allant de la recherche fondamentale (TRL 1) à la preuve de concept (TRL 4 environ).
Dans le domaine des qubits robustes à l’état solide pour le calcul quantique, deux projets ont été retenus pour leur potentiel vis-à-vis du développement de calculateurs quantiques à grande échelle. Ayant accès à une plateforme technologique de premier rang mondial, le projet PRESQUILE a comme objectif de contribuer à identifier et de lever les verrous scientifiques et technologiques de l’intégration des qubits de spin dans les technologies CMOS bien établies. Le projet RobustSuperQ vise lui à accélérer la R&D française sur les qubits supraconducteurs et hybrides protégés par construction contre la décohérence, un phénomène qui rend les qubits illisibles et crée des erreurs aléatoires: en 5 ans, ce projet devrait démontrer un processeur quantique haute-fidélité pilotable et mesurable, qui n’existe encore aujourd’hui sur aucune plateforme (optique, atomique ou à l’état solide).
Dans le domaine des qubits à atomes froids pour le calcul et les capteurs quantiques, le projet QubitAF vise à améliorer les plateformes à atomes froids pour la simulation quantique, en augmentant le nombre d’atomes manipulés, en certifiant les résultats et en précisant les performances de ces plateformes. Le projet QAFCA cherche lui à développer des capteurs à atomes froids compacts et transportables pour mesurer le champ de pesanteur, avec des applications dans l’analyse du changement climatique et l’anticipation des catastrophes naturelles, voire le génie-civil ou le stockage du CO2.
Dans le domaine des codes correcteurs d’erreur, des algorithmes quantiques et de la cryptographie post-quantique, le projet NISQ2LSQ étudiera de manière approfondie différentes stratégies de correction des erreurs aléatoires induites par l’aspect quantique des qubits. Des codes de correction devraient être testés expérimentalement sur des plateformes supraconductrices et photoniques. D’autre part, le projet EpiQ étudiera l’ensemble des briques logicielles nécessaires au bon fonctionnement d’un processeur quantique (compilation, manipulations, optimisation, langages intermédiaires, certification, etc.), afin d’identifier les contraintes et de mieux simuler les machines actuelles, pour développer de nouveaux algorithmes permettant de dépasser les capacités d’aujourd’hui dans des domaines comme l’apprentissage machine (Machine Learning), l’optimisation ou la chimie. Le projet PQ-TLS développe quant à lui de nouveaux schémas de chif-frement et de signature, basés sur une multitude d’approches, pour faire passer la cryptographie à l’ère post-quantique, c’est-à-dire rendre les protocoles résistants aux attaques d’un ordinateur quantique.
Dans le domaine de la communication quantique, le projet DIQKD s’intéresse à la distribution quantique de clés de type « boîte noire », solution prometteuse mais exigeante en termes de développements expérimentaux et théoriques, qui permet de garantir la sécurité de communications même lorsque les appareils employés ne sont que partiellement caractérisés. Le projet QMemo vise lui à optimiser les performances des mémoires quantiques, éléments cruciaux pour déployer des réseaux quantiques sur de longue distance, car elles connectent les sous-segments divisant la distance globale, comme des répéteurs quantiques. Enfin, le projet QCommTestbed veut doter la France d’une plateforme d’essais coordonnée à échelle nationale, utilisée pour des démonstrations d’applications de communication quantique via une montée TRL progressive, allant ainsi des systèmes de laboratoire aux produits commerciaux.
