Le Programmes et équipements prioritaires de recherche (PEPR) dédié aux technologies quantiques a dévoilé dix premiers projets retenus début mars. Annoncé en septembre dans le cadre du quatrième Programme d’investissements d’avenir (PIA4) et partie intégrante de la stratégie quantique française, il dispose d'une enveloppe budgétaire de 150 millions d’euros sur cinq ans
Les dix projets retenus sont à des niveaux de maturité technologique (technology readiness levels, ou TRL) de 1 à 4. Pilotés conjointement par le CNRS, le CEA et l’Inria, ils couvrent les quatre axes identifiés dans la stratégie nationale quantique lancée le 21 janvier dernier 2021 :
- Le développement de qubits robustes à l’état solide pour le calcul quantique.
- Le développement de qubits et de capteurs à base d’atomes froids.
- Le développement de codes correcteurs d’erreurs, d’algorithmes quantiques et solutions de cryptographie post-quantique.
- La communication quantique, et au-delà.
A ce stade, l’ensemble des dix projets [lire encadré ci-dessous] n’a pas encore été contractualisé par l’Agence nationale de la recherche (ANR). Ainsi, de nombreux détails, tels que les chercheurs et les laboratoires impliqués dans chaque projet, la répartition des financements, le calendrier précis ou les objectifs chiffrés du programme « sont en cours d’élaboration », indique à Industrie & Technologies Sébastien Tanzilli, qui pilote le PEPR pour le compte du CNRS.
Avec ce PEPR, l’État cherche « à mettre en avant la synergie nationale » dans la recherche quantique
D’une manière générale, l’axe 1 impliquera « de nombreuses équipes du CEA et du CNRS, et, dans une moindre mesure, quelques équipes Inria » et l’axe 2 engagera principalement le CNRS et ses partenaires académiques, « les atomes froids représentant un champ de recherche fondamentale sur lequel certaines équipes universitaires sous tutelle CNRS travaillent depuis plus de quinze ans », détaille Sébastien Tanzilli. L’axe 3, lui, sera piloté en majorité par l’Inria, « où l’on développe des algorithmes quantiques depuis longtemps », « en partenariat avec le CNRS et quelques équipes du CEA », précise celui qui est aussi directeur adjoint scientifique pour la physique et les technologies quantiques à l’Institut de physique du CNRS. Quant à l’axe 4, il sera largement dirigé par le CNRS et ses partenaires académiques, avec « une poignée d’équipes de l’Inria » et « le CEA pour l’un des projets », poursuit le chercheur.
Pour autant, ce dernier souligne que « la stratégie du PEPR quantique a été écrite à plusieurs mains, entre le CNRS, le CEA et l’Inria » et insiste sur le fait que « confier le pilotage d'un tel outil de financement à ces trois organismes nationaux de recherche est un signal fort » que l’État cherche « à mettre en avant la synergie dans ce domaine ».
Et les trois pilotes ont bien compris le message . Sébastien Tanzilli, Jean-Philippe Bourgoin (CEA) et Harold Ollivier (Inria) ont veillé à « couvrir tous les domaines du secteur et mailler tout le territoire français », ajoute le premier.
Deux Equipex+ et un premier appel à projets
En plus des dix projets arrêtés, un premier appel à projets sur le « calcul quantique au vol », c’est-à-dire « basé sur les qubits photoniques et les qubits électroniques dynamiques », précise le dossier de l’ANR, a été ouvert jusqu’au 29 mars. Les résultats sont attendu « avant l’été, probablement d’ici juin », rapporte Sébastien Tanzilli. D’autres appels à projets sont à venir, confirme-t-il également à Industrie & Technologies.
En plus des projets de recherches, qui « nourriront les autres filières de développement dans la stratégie globale quantique », dotée d’1,8 milliards d’euros sur cinq ans, le PEPR financera aussi deux équipements structurants de type Equipex+, à savoir aQCess, un système de calcul quantique à base d’atomes froids installé à l’Université de Strasbourg, et e-DIAMANT, un système piloté par l’ENS Paris-Saclay, sur lequel l’industrie et la recherche française pourront s’appuyer pour positionner la France comme un leader mondial de la fabrication de capteurs quantiques en diamant.
Ambitieux, le PEPR Technologies quantiques vise aussi à « nourrir les actions plus aval de la stratégie nationale quantique, telle que la plateforme nationale de calcul quantique hybride HQI (HPC Quantum Initiative) », un équipement dédié à la recherche et à l’industrie inaugurée le 4 janvier dernier au Très Grand Centre de calcul (TGCC) du CEA et pilotée par le Grand équipement national de calcul intensif (Genci), avec un budget initial de 70 millions d’euros, qui pourra monter jusqu’à 170 millions au total. Les ambitions sont affichées, il ne reste plus qu’à se mettre au travail.
Les 10 projets du PEPR Technologies quantiques
Axe 1 - le développement de qubits robustes à l’état solide pour le calcul quantique :
• PRESQUILE : contribuer à identifier et lever les verrous scientifiques et technologiques de l’intégration des qubits de spin dans les technologies CMOS bien établies.
• RobustSuperQ : 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 cinq ans, le projet devrait démontrer un processeur quantique haute-fidélité pilotable et mesurable, qui n’existe encore sur aucune plateforme (optique, atomique ou à l’état solide).
Axe 2 - Le développement de qubits et de capteurs à base d’atomes froids :
• QubitAF : 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.
• QAFCA : 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.
Axe 3 - Le développement de codes correcteurs d’erreurs, d’algorithmes quantiques et solutions de cryptographie post-quantique :
• NISQ2LSQ : améliorer et développer de nouvelles stratégies de correction d’erreurs nécessaires pour mettre en œuvre des ordinateurs quantiques tolérants aux fautes. Trois approches sont retenues: les codes bosoniques, les codes photoniques et les LDPC.
• EpiQ : spécifier les briques logicielles nécessaires au bon fonctionnement d’un processeur quantique (compilation, manipulations, optimisation, langages intermédiaires, certification, etc.). Il vise également a développer de nouveaux algorithmes quantiques dans des domaines comme l’apprentissage machine (Machine Learning), l’optimisation ou la chimie, ainsi qu’à faciliter la simulation des machines actuelles pour mieux comprendre leur fonctionnement.
• PQ-TLS : développer de nouveaux schémas de chiffrement et signature, basés sur une multitude d’approches, pour faire passer la cryptographie à l’ère post-quantique, c’est-à-dire pour rendre les protocoles résistants aux attaques d’un ordinateur quantique.
Axe 4 - La communication quantique :
• DIQKD : développer 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.
• Qmemo : 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.
• QcommTestbed : doter la France d’une plateforme d’essais coordonnée à échelle nationale, utilisé pour des démonstrations d’applications de communication quantique via une montée TRL progressive, allant des systèmes de laboratoire aux produits commerciaux.
