La recherche française au coeur du Plan Quantique

Publié par Adrien le 23/01/2021 à 09:00
Source: CNRS INS2I
Annoncé le 21 janvier 2021 au Centre de nanosciences et de nanotechnologies par Emmanuel Macron, le Plan Quantique entend organiser les forces industrielles et de recherche du pays pour faire de la France un acteur majeur des technologies quantiques.

Les prix Nobel de physique (Le prix Nobel de physique est une récompense gérée par la Fondation Nobel, selon les...) Albert Fert (Albert Fert (7 mars 1938 à Carcassonne, Aude, France) est un physicien...) et Serge Haroche qui développèrent la spintronique et l'électrodynamique quantique (L'électrodynamique quantique relativiste est une théorie physique ayant pour but de concilier...) en cavité, le lauréat de la médaille d'or du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...) Alain Aspect (Alain Aspect est un physicien français né en 1947. Il est reconnu, entre autre, pour avoir...) et ses travaux pionniers sur l'intrication quantique (L'intrication quantique est un phénomène observé en mécanique quantique dans...), les simulateurs quantiques d'Atos... La France possède des compétences reconnues dans le domaine des technologies quantiques et entend bien conserver un rôle majeur dans la compétition internationale. Pour cela, le président de la République Emmanuel Macron vient de dévoiler un grand Plan Quantique, fortement attendu des communautés scientifiques françaises mais dont l'annonce avait longtemps été repoussée à cause de la crise sanitaire (Les crises sanitaires sont des pandémies importantes, qui touchent entre une dizaine de...) et économique.

Ce plan s'appuie en partie sur le rapport rendu (Le rendu est un processus informatique calculant l'image 2D (équivalent d'une photographie)...) par la députée Paula Forteza, le chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la...) Iordanis Kerenidis (CNRS) et l'ancien PDG de Safran, Jean-Paul Herteman, en janvier 2020 qui mettait en avant l'excellence de la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) française mais aussi le retard du pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue...) en termes d'investissements, notamment pour le transfert vers l'industrie. Il proposait 37 mesures visant à définir une "stratégie nationale ambitieuse", dont plusieurs ont été reprises.

1,8 milliard d'euros

Similaire au Plan IA présenté en 2018, le Plan Quantique prévoit des actions en faveur de la recherche (en particulier pour les ordinateurs, capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une...) et communications quantiques), l'industrie et la formation, financées par le PIA4 et le plan "France relance", à hauteur (La hauteur a plusieurs significations suivant le domaine abordé.) de 1,8 milliard d'euros. Un "effort de R&D intensif" qui doit identifier les pistes technologiques qui "pourraient aboutir à un marché d'ici 5 ans", selon Sébastien Tanzilli, chargé de mission technologies quantiques au CNRS et membre de la task force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un...) pilotée par l'État.


"Le quantique fait partie des quelques clés du futur que la France doit avoir en main (La main est l’organe préhensile effecteur situé à...)", indique Emmanuel Macron lors de la présentation du Plan Quantique le 21 janvier 2021 au C2N.
© Élysée - capture (Une capture, dans le domaine de l'astronautique, est un processus par lequel un objet céleste, qui...) d'écran (Un moniteur est un périphérique de sortie usuel d'un ordinateur. C'est l'écran où s'affichent...)

Communications cryptées, capacités de calcul augmentées... les enjeux stratégiques sont nombreux et le plan rassemble autant les ministères des Armées et de l'Économie, des Finances et de la Relance, que de l'Enseignement (L'enseignement (du latin "insignis", remarquable, marqué d'un signe, distingué) est une...) supérieur, de la Recherche et de l'Innovation. "Secteur d'avenir" et "marché clé" le quantique est ainsi, pour Olivier Cappé, directeur adjoint scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui...) de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) des sciences de l'information et de leurs interactions (INS2I), "une stratégie d'accélération dont le succès est étroitement lié aux avancées attendues en recherche".

Pour relever ces défis, le plan doit en effet permettre de structurer les forces vives du pays sur le domaine des technologies quantiques et des technologies dites "habilitantes" nécessaires à la mise en oeuvre des futurs systèmes quantiques (notamment matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) de pointe et cryogénie). Les technologies quantiques sont "encore largement une question de recherche fondamentale", selon Sébastien Tanzilli. C'est pourquoi l'État s'entoure des trois grands opérateurs de recherche français concernés - le CNRS, le CEA et Inria - pour définir sa stratégie. "Grâce à son tissu de laboratoires qui maille le territoire national et à son approche pluridisciplinaire, alliant recherche fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.), innovation et transfert technologique, le CNRS représente l'atout français majeur pour répondre efficacement aux défis des technologies quantiques de demain, et pour positionner la France au plus haut niveau de la compétition internationale", confirme le chercheur.

Des interfaces à créer

"Très concret", le plan entend ainsi assurer la souveraineté nationale face notamment aux États-Unis et à la Chine qui investissent massivement, mais aussi face aux géants du numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information...) (comme Google (Google, Inc. est une société fondée le 7 septembre 1998 dans la Silicon Valley en Californie par...) ou IBM) dont les efforts de recherche se multiplient avec des budgets conséquents et des "résultats de premier plan". La compétition se forme également au sein même de l'Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un...) - en particulier le Royaume-Uni et l'Allemagne développent des stratégies propres - malgré un Flagship Quantique commun d'un milliard d'euros sur 10 ans lancé en 2018 et qui a déjà soutenu 19 projets dont dix avec une participation du CNRS sur les quatre piliers que sont les communications, le calcul, la simulation et les capteurs quantiques. "La combinaison des stratégies d'accélération nationales - par exemple, la mise en place d'un accord entre la France et l'Allemagne -, permettrait d'aboutir à des innovations compétitives", assure Sébastien Tanzilli pour qui "il y a énormément de forces en France et en Europe".


Le plan s'intéresse aussi aux interfaces avec les industries d'une part et à la formation en ingénierie (L'ingénierie désigne l'ensemble des fonctions allant de la conception et des études à la...) quantique d'autre part. À travers un programme de recherche renforcé, il entend soutenir les écosystèmes thématiques visibles au niveau national. Maillés de laboratoires du CNRS et de ses partenaires, les grands pôles universitaires ont ainsi anticipé l'arrivée du plan en entamant un processus de structuration depuis quelques années.

Des sciences humaines à la physique

À Grenoble notamment, à travers le programme Quantum (En physique, un quantum (mot latin signifiant « combien » et qui s'écrit...) Engineering Grenoble (QuEnG), se construit un "écosystème pour les technologies quantiques" qui va du philosophe à l'industriel, soit "tout le continuum de la connaissance et de l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) économique", explique Alexia Auffèves, directrice de recherche CNRS à l'Institut Néel et coordinatrice du programme. Jusque-là, il était financé par l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) Grenoble Alpes et la Commission européenne avec un budget (Un budget est un document comptable prévisionnel distinguant les recettes et les dépenses.) de près de 4 millions d'euros sur deux ans. Avec deux chaires d'excellence et une trentaine de bourses de thèse (Une thèse (du nom grec thesis, se traduisant par « action de poser ») est...), dont deux en sociologie et philosophie, les équipes entendent "tricoter l'interdisciplinarité". L'enjeu est de taille: faire dialoguer les expertises pour définir ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...), "non pas des solutions mais les questions à poser". Les thèses sont par exemple menées en cotutelle dans deux domaines ou en binôme ( en mathématique, binôme, une expression algébrique ; voir aussi binôme de Newton...) avec un doctorant (Un doctorant est un chercheur débutant s'engageant, sous la supervision d'un directeur de...) d'un autre domaine.

Les start-up françaises prêtes à relever le défi

Plusieurs start-up soutenues par le CNRS se placent sur le créneau (Au Moyen Âge, le mot créneau, ou en ancien français quernal, aquarniau, carnel ou...) des technologies quantiques, notamment les capteurs quantiques et les systèmes de communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle,...) quantique, secteurs "les plus mûrs", selon Sébastien Tanzilli. Par exemple, la société Quandela travaille à l'émergence de nouveaux ordinateurs et de nouveaux réseaux de communication: cofondée par Pascale Senellart, elle vient de remporter l'appel à projets Innov'up Leader PIA, lancé conjointement par l'État et la Région Île-de-France et opéré par Bpifrance. Issue de l'équipe d'Antoine Browaeys, directeur de recherche CNRS au Laboratoire Charles Fabry (Charles Fabry (1867-1945) est un physicien français.), la société PASQAL s'attaque quant à elle aux simulateurs quantiques programmables à l'aide d'atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut...) froids ayant la capacité de résoudre des problèmes complexes sur lesquels buttent les ordinateurs classiques haute performance. Le CNRS, via sa filiale CNRS Innovation, a aussi pris une participation au capital de la start-up Alice & Bob, qui vise la mise au point (Graphie) en cinq ans d'un calculateur quantique (Un calculateur quantique ou ordinateur quantique, repose sur des propriétés quantiques de...) universel opérationnel et a levé 3,3 millions d'euros auprès de fonds d'investissement en 2020. "Il faut assurer à ces entreprises des financements et des débouchés nationaux", assure le membre de la task force française, sous peine de les perdre au profit de capitaux étrangers. Le Plan Quantique, dans son volet de soutien aux entreprises, doit permettre cela.

Plus d'exemples: Les start-up françaises parées pour la transition quantique

L'appui des industriels

Inciter au dialogue (Le dialogue est une communication entre deux ou plusieurs personnes ou groupes de personnes. Il...) pour créer une culture (La définition que donne l'UNESCO de la culture est la suivante [1] :) et un langage communs, c'est aussi l'objectif de la fédération de recherche CNRS Paris Centre for Quantum Computing (PCQC), créée en 2014 avec le CNRS, Sorbonne (La Sorbonne est un complexe monumental du Quartier latin de Paris. Elle tire son nom du...) Université et l'Université de Paris (L’Université de Paris était l’une des plus importantes et des plus...), et qui est en phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et...) d'élargissement pour inclure l'Université PSL et Inria. "En 2014, essayer de faire parler ensemble des informaticiens et des physiciens n'était pas banal !", assure sa directrice adjointe Eleni Diamanti, directrice de recherche CNRS au LIP6. Si la recherche reste au coeur du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a...) parisien, la fédération est en discussion avec le Lab quantique et s'implique dans la Maison (Une maison est un bâtiment de taille moyenne destiné à l'habitation d'une famille,...) du quantique qui hébergera des industriels, des start-ups et des scientifiques étrangers.

L'appui des industriels est en effet indispensable pour progresser sur les questions de recherche qui sont au coeur des technologies quantiques. Comme ses pendants de la région parisienne, le pôle grenoblois en a bien conscience et s'appuie sur un tissu industriel dense déjà porté sur la cryogénie (La cryogénie est l'étude et la production des basses températures (inférieures à -150 °C)...) (avec Air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et...) Liquide) et la micro-électronique (La micro-électronique est une spécialité du domaine de l'électronique.) (STMicroelectronics), deux technologies habilitantes du quantique. "Le programme QuEnG a été une sensibilisation efficace mais le Plan Quantique va au-delà, rendant les industriels proactifs avec des financements pour développer de nouveaux outils coûteux spécifiques et nécessaires au calcul quantique et les mettre à disposition des communautés des technologies quantiques", résume Tristan Meunier, directeur de recherche CNRS à l'Institut Néel3 et membre du conseil scientifique du pôle.

Une petite communauté

"Les moyens nationaux du Plan Quantique vont changer la donne", confirme Eleni Diamanti, car "au-delà de la contribution financière, le fait que l'État soutienne l'excellence scientifique française nous donne une légitimité aux niveaux européen et mondial". Elle espère toutefois des procédures et des instruments financiers "légers pour que les équipes de recherche puissent se concentrer sur la recherche", et souhaite que le gouvernement ne soutienne pas uniquement "les grands sites universitaires mais tout l'écosystème français".


Prototype de centrale inertielle quantique 3 axes développé par le LP2N et iXBlue dans le laboratoire commun iXAtom sur la navigation. L'Université de Bordeaux (Cette page est consacrée au PRES Université de Bordeaux. Pour les pages sur les...), l'IOGS, le CNRS et l'Université de Limoges (L’Université de Limoges est une université française pluridisciplinaire...), ainsi que le pôle de compétitivité Alpha RlH et la région Nouvelle Aquitaine, ont lancé la création du centre d'innovation NaQuiDis, où seront développés conjointement des projets de recherche en technologies quantiques au plus haut niveau, des développements applicatifs innovants ainsi que des solutions technologiques dans les domaines des capteurs quantiques (l'écosystème incluant iXAtom et la start-up Muquans), de la "supply chain" quantique, et de la communication et informatique quantique (L'informatique quantique est le sous-domaine de l'informatique qui traite des ordinateurs...).
© iXAtom

Des revendications partagées par le troisième grand pôle, Quantum, celui de l'Université Paris-Saclay, qui fait également partie du réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des...) académique SIRTEQ de la région Île-de-France. "Une des spécificités des technologies quantiques est que la communauté est petite et que les moyens nécessaires pour entrer dans la course sont énormes: nous n'avons donc pas besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est...) d'appels à projet car nous connaissons ce sur quoi chacun travaille et les nouveaux acteurs sont rares", assure Pascale Senellart, directrice de recherche CNRS au Center for Nanoscience and Nanotechnology et coordinatrice de Quantum dont le périmètre (Le périmètre d'une figure plane est la longueur du bord de cette figure. Le calcul du...) devrait bientôt s'élargir aux membres de l'Institut polytechnique de Paris situé également sur le plateau de Saclay. "La structuration des sites est une formidable opportunité d'organiser le développement des technologies quantiques au niveau local, sur le modèle des Labex, en lien étroit avec la stratégie nationale incarnée par les organismes nationaux comme le CNRS".

Des masters en construction

Côté formation initiale, les sites s'organisent également. Après avoir fait travailler ensemble des étudiants de première année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié...) de master en informatique (L´informatique - contraction d´information et automatique - est le domaine...) et physique quantique (La physique quantique est l'appellation générale d'un ensemble de théories physiques...) dans un module d'enseignement interdisciplinaire (Un travail interdisciplinaire intègre des concepts provenant de différentes disciplines.), QuEnG lance un nouveau master 2 international "Quantum information - quantum engineering" pour la rentrée 2021. L'idée: préparer la prochaine génération de jeunes chercheurs et chercheuses déjà formés à l'interdisciplinarité actuellement développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de...) au niveau du doctorat (Le doctorat (du latin doctorem, de doctum, supin de docere, enseigner) est généralement...). L'année de recherche en technologies quantiques "Arteq", ouverte par l'Université Paris-Saclay et l'ENS Paris-Saclay pour la rentrée 2020 avec 10 étudiants, propose également un parcours interdisciplinaire de formation. Conçu comme une année supplémentaire entre le M1 et le M2, il est ouvert à tous les profils avec des bourses offertes par les industriels du plateau de Saclay. "Construire cette formation a aussi permis de commencer à faire dialoguer les communautés de recherche", se réjouit Pascale Senellart. Plus de 30 étudiants ont déjà postulé pour l'an prochain: avec l'annonce du Plan Quantique, la France a enfin toutes les clés en main pour accélérer les technologies quantiques.
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