Le calcul quantique optique linéaire ? Peu de programmeurs en informatique en ont entendu parler – qu’ils pardonnent notre ignorance dans le cas contraire - et encore moins ont eu l’opportunité de l’expérimenter. Après leur participation au LOQCathon (linear optical quantum computation), un hackathon version quantique qui s’est déroulé du 7 au 9 novembre 2022 sur le campus Pierre et Marie Curie de Sorbonne Université, à Jussieu, quelque soixante étudiants européens appartiennent désormais à ce petit cercle d’initiés.
Répartis en douze équipes, ces jeunes universitaires ont testé les possibilités du calcul quantique durant trois demi-journées pour résoudre cinq défis algorithmiques, correspondant pour la plupart à des problématiques industrielles : apprentissage automatique pour discriminer les molécules inhibitrices, activatrices ou neutres par rapport à des enzymes (proposé par la start-up alsacienne Alysophil) ; traitement du langage naturel (cas d’usage de la deeptech Quantinuum), découverte du plus court chemin dans un graphe (application de Thales), etc.
Ce concours d’endurance et de matière grise était co-organisé par le QICS (quantum information center sorbonne de Sorbonne Université) et la deeptech française Quandela, en course pour fabriquer un ordinateur quantique basé sur des qubits photoniques. « Si la programmation sur un ordinateur classique est enseignée à partir du lycée, les étudiants ne sont pas aussi familiers du traitement de l’information quantique, observe Pierre-Emmanuel Emeriau, scientifique en information quantique chez Quandela. Notre plus grande motivation est d’ordre pédagogique : il s’agit de les former à notre solution et d’élargir la communauté. »
Les premiers utilisateurs d'un service de calcul quantique photonique
Pour accompagner les participants dans cet exercice plutôt inédit, Quandela a donc sorti l’artillerie lourde : Perceval, son logiciel pour modéliser les calculs sur un ordinateur photonique quantique, un groupe d’algorithmes reconnus pour leur efficacité dans le calcul quantique (les étudiants n’auraient pas eu le temps de réinventer la roue), un émulateur à 12 qubits disponible dans le cloud OVH et, pour la première fois, un calculateur quantique à 5 qubits accessible en ligne et hébergé à Massy, dans les locaux de la start-up.
Pour l’anecdote, l’équipe qui a remporté le hackathon (composée de jeunes en master, thèse et post-doctorat à Paris-Saclay, Sorbonne, et à l’université de Leyde aux Pays-Bas) a codé un algorithme variationnel qui détermine l’état de plus basse énergie des molécules d’eau et d’hydrure de lithium (LiH). A l’origine de ce challenge, le constructeur automobile BMW examine ces molécules pour la conception de batteries électriques.
L’évaluation des concurrents a porté sur les résultats bien évidemment, mais aussi sur d’autres critères dont la valeur ajoutée, soit, dit autrement, l’idée originale qui fait la différence. « Les gagnants ont trouvé un équilibre convaincant entre la préparation expérimentale d’un état quantique et l’apprentissage automatique de l’algorithme (ces deux aspects tendant à s’opposer, ndlr), explique Pierre-Emmanuel Emeriau. Ils ont ensuite réduit au maximum les ressources utilisées par leur algorithme, pour que celui-ci fonctionne au mieux sur une plateforme photonique, et étudié numériquement l’impact du bruit sur la phase d’apprentissage. »
Quandela Les équipes, étant donné leur nombre, n'avaient accès qu'à une petite heure de calcul sur l'ordinateur quantique à 5 qubits mis à disposition par Quandela. « Certaines ont gardé leur jeton afin d'en profiter par la suite », relate Nadia Belabas.
Les retombées de cet évènement sont de diverses natures. « Des étudiants nous ont proposé leur code modifié afin que nous l’ajoutions à la documentation de Perceval, indique Pierre-Emmanuel Emeriau. A plus long terme, des équipes envisagent de publier leurs travaux pour repousser un peu l’état de l’art. »
Chargée de recherche au CNRS au centre de nanosciences et de nanotechnologies à Paris-Saclay et membre du jury, Nadia Belabas salue quant à elle une belle dynamique : « Cela rend très optimiste quant à la vitalité de la communauté et c’est très parlant pour repérer les talents. De façon surprenante, les équipes ont réussi à prendre du recul en une journée et demie seulement, à revenir sur leurs erreurs, à essayer de nouvelles pistes… » Des talents qui ont probablement tapé dans l’œil des recruteurs de Quandela.
