Le point sur la science et les technologies quantiques au Québec

Le calcul quantique, avec ses concepts de superposition, d’intrication et de portes quantiques, promet de transformer notre manière de traiter l’information. La collaboration internationale de grands acteurs amène une expertise jusqu’ici, au Québec.

Les fondamentaux du calcul quantique

Le calcul quantique pourra traiter l’information radicalement plus vite que les ordinateurs classiques. Au cœur de cette technologie se trouve le qubit, l’unité fondamentale de l’information quantique. Contrairement aux bits classiques, qui peuvent être soit 0, soit 1, un qubit peut être dans une superposition d’états, représentant simultanément 0 et 1 jusqu’à ce qu’il soit mesuré.

Un autre phénomène clé est l’intrication (entanglement), où deux qubits deviennent corrélés de sorte que l’état de l’un influence instantanément l’état de l’autre, même à grande distance. Les portes quantiques manipulent ces qubits, réalisant des opérations analogues aux portes logiques des ordinateurs classiques, mais avec des possibilités beaucoup plus vastes.

Les algorithmes quantiques, comme l’algorithme de Shor pour la factorisation et l’algorithme de Grover pour la recherche dans des bases de données non triées, montrent le potentiel des ordinateurs quantiques à résoudre des problèmes complexes beaucoup plus rapidement que leurs homologues classiques. Cependant, la correction d’erreurs reste un défi majeur, car les qubits sont extrêmement sensibles aux perturbations environnementales.

Les grands acteurs du calcul quantique

IBM est un pionnier avec son programme IBM Quantum, offrant des ordinateurs quantiques via l’infonuagique et concevant Qiskit, un kit de développement logiciel en mode code ouvert (open source). En 2019, IBM a dévoilé le tout premier Quantum System One, conçu pour offrir une fiabilité et une stabilité accrues.

Google a fait sensation en 2019 en affirmant avoir atteint la suprématie quantique avec son processeur Sycamore, capable de réaliser en minutes une tâche qui prendrait des milliers d’années à un superordinateur classique. Son laboratoire Quantum AI continue de repousser les frontières de cette technologie.

Microsoft se distingue avec son langage de programmation quantique Q# et ses recherches sur les qubits topologiques, visant à produire des ordinateurs quantiques plus robustes. Azure Quantum propose également des ressources de calcul quantique infonuagique.

D-Wave Systems, une entreprise canadienne, est reconnue pour ses ordinateurs quantiques à recuit quantique, utilisés pour résoudre des problèmes d’optimisation complexes. Leur machine la plus récente, Advantage, offre plus de 5000 qubits.

Rigetti Computing conçoit des ordinateurs quantiques supraconducteurs et propose Forest, un ensemble d’outils pour la programmation quantique. Rigetti se concentre sur l’intégration de systèmes hybrides combinant calcul classique et quantique.

Le Québec à la pointe

Le Québec est un joueur important dans le paysage quantique canadien. Marie-Eve Boulanger, gestionnaire de programme chez Plateforme d’Innovation Numérique et Quantique du Québec (PINQ2), explique : « Le Québec est très bien positionné sur la scène mondiale de la physique quantique. L’expertise de recherche de pointe est présente au Québec. » Le gouvernement du Québec a financé l’achat de l’IBM Quantum System One avec un investissement de plus de 60 millions de dollars, soulignant l’engagement de la province dans ce domaine stratégique.

PINQ2, située à Sherbrooke, est un acteur clé qui vise à accélérer l’innovation et la commercialisation des technologies quantiques. Elle crée des synergies entre les chercheurs et les entreprises pour élaborer des solutions quantiques applicables à divers secteurs, tels que la finance, la santé et l’énergie. PINQ2 est la seule organisation à distribuer des accès à l’ordinateur quantique IBM au Canada.

Un pôle d’expertise à l’Université de Sherbrooke

L’Institut quantique (IQ) de l’Université de Sherbrooke est un centre de recherche multidisciplinaire qui se consacre à l’exploration des technologies quantiques. Il rassemble des experts en physique, en informatique et en ingénierie pour mener des recherches fondamentales et appliquées. Les thématiques de recherche incluent le calcul quantique, les matériaux quantiques ainsi que l’information et la communication quantique. L’IQ dispose de laboratoires de pointe en cryogénie, en nanofabrication et en spectroscopie ainsi que de supercalculateurs pour les simulations quantiques.

L’IQ collabore avec des partenaires universitaires, industriels et gouvernementaux, favorisant le transfert technologique et l’innovation pratique. Des programmes de doctorat et de maîtrise et des stages de recherche sont offerts pour former la prochaine génération de chercheurs en technologies quantiques. Un nouveau programme de baccalauréat en science de l’information quantique est en outre maintenant offert, une première dans le monde, facilitant le transfert du talent de l’université vers l’industrie.

Marie-Eve Boulanger précise l’intérêt de certaines entreprises privées, comme Hydro-Québec, dans la physique quantique : « Hydro-Québec est un des maîtres mondiaux de l’énergie. La transition énergétique a déjà lieu, et le quantique peut apporter des solutions nouvelles à des problèmes existants. Nous l’accompagnons pour développer la main-d’œuvre qualifiée à l’interne afin de pouvoir s’attaquer à cette nouvelle réalité. Ainsi, lorsque la technologie va être plus mature, nos entreprises québécoises vont être prêtes à les utiliser adéquatement. »

Bon à savoir

Dès l’automne, les membres de Genium360 auront la possibilité d’en apprendre davantage sur le sujet. En effet, en novembre une conférence portera sur les applications technologiques actuelles et futures des sciences quantiques. De plus, en partenariat avec L’Institut quantique (IQ) de l’Université de Sherbrooke, Genium360 offrira une série de trois formations pour les membres qui désirent s’initier à l’informatique quantique.

8 octobre – Introduction à l’informatique quantique. 3 heures. En ligne.

22 octobre – Optimisation quantique avec Qiskit. 3 heures. En ligne.

5 novembre – Apprentissage automatique quantique avec Qiskit. 3 heures. En ligne.