Hila Safi | Inventrice de l'année | PhD
Les ordinateurs quantiques ont la promesse de résoudre des problèmes que les ordinateurs classiques ne peuvent tout simplement pas gérer. En théorie. En pratique, cependant, ils sont incroyablement délicats : Un camion qui passe, un bourdonnement soudain de la climatisation ou même une lumière allumée dans une pièce adjacente peuvent amener le système à réagir de manière sensible aux changements environnementaux. C'est pourquoi ces appareils ont jusqu'à présent été confinés à des laboratoires hautement spécialisés, blindés comme des patients en soins intensifs. Pour les entreprises qui cherchent à intégrer des ordinateurs quantiques dans des environnements productifs, cela représente un défi de taille.
Hila Safi, aux côtés de ses collègues, a mis au point une solution révolutionnaire à ce problème, lui valant le prix Inventeur de l'année 2025 dans la catégorie « PhD ». Leur innovation est un jumeau numérique conçu pour simuler précisément comment un ordinateur quantique fonctionnerait et serait intégré dans un environnement industriel typique. « Avec ce jumeau numérique, nous pouvons faire fonctionner des ordinateurs quantiques dans des environnements réels — en toute sécurité, de manière stable et fiable », explique le doctorant de l'Université des sciences appliquées de Ratisbonne.
Les ordinateurs quantiques reposent sur qubits — les unités d'information fondamentales de la mécanique quantique. Un qubit représente l'état d'un système physique, agissant comme support d'informations et exploitant des phénomènes quantiques comme la superposition et l'intrication.
Ces états physiques sont extrêmement fragiles. Même des perturbations minimes, telles que des champs électromagnétiques ou des changements subtils dans la structure de la pièce, peuvent corrompre les calculs. Bien qu'ils soient gérables dans un environnement de laboratoire contrôlé, ces facteurs posent un défi important dans une usine.
« Le fonctionnement fiable d'un ordinateur quantique dépend vraiment de son environnement », explique Safi. Même de petites vibrations ou des changements de température peuvent causer des erreurs, c'est pourquoi il est si important de simuler et de comprendre ces effets dès le début. Jusqu'à présent, l'industrie n'a pas trouvé les systèmes quantiques suffisamment fiables. Sans résultats solides et prévisibles, leur utilisation en affaires est trop risquée. De nombreuses questions sur l'endroit où les placer, leur stabilité et leur utilité globale font qu'il est difficile pour les entreprises de décider si et où investir.
C'est précisément là que le jumeau numérique innovant de Safi offre une percée. Il réplique virtuellement un ordinateur quantique et son environnement d'exploitation prévu avant l'installation physique. Le modèle intègre des données provenant de capteurs environnementaux, des statistiques d'erreur et des simulations de sources d'interférences potentielles avec les caractéristiques matérielles connues.
Cette approche proactive permet de répondre à l'avance à des questions cruciales : L'ordinateur quantique peut-il fonctionner efficacement dans l'environnement industriel ? Quels types d'erreurs sont prévus ? Dans quelle mesure dégraderaient-ils la qualité informatique ? Et quelles mesures, comme un blindage amélioré, un placement alternatif ou un étalonnage adaptatif, seraient nécessaires pour stabiliser le système ?
Par exemple, considérons un hall de production où des robots de transport sont utilisés, les usines de fabrication génèrent des vibrations et les lignes électriques créent des champs d'interférences électromagnétiques. Le jumeau numérique simule l'impact précis de ces facteurs sur la stabilité du qubit, révélant où les taux d'erreur seraient tolérables et, surtout, où ils ne le seraient pas. De plus, le jumeau reste actif pendant le fonctionnement : Si l'environnement change en raison de modifications structurelles ou de l'introduction de nouvelles machines, les capteurs détecteront ces altérations et évalueront leur impact potentiel.
Grâce au jumeau numérique, les entreprises disposent enfin de données fiables pour guider leurs décisions sur l'informatique quantique industrielle. Ils peuvent maintenant évaluer pleinement les risques avant d'investir beaucoup d'argent et de comprendre clairement ce qui est nécessaire pour que le système fonctionne de manière stable.
Comme l'explique Safi, « Dans mes recherches, j'explore le co-développement d'algorithmes quantiques et de matériel pour relever des défis complexes d'optimisation et industriels qui sont soit insolubles, soit très inefficaces pour les méthodes classiques. Cela implique d'identifier les classes de problèmes spécialement adaptées à l'informatique quantique et de développer des approches de modélisation efficaces.
Son jumeau numérique comble efficacement le fossé critique entre la recherche théorique et l'application pratique. Pour que les ordinateurs quantiques réussissent à quitter les laboratoires spécialisés et à entrer dans de vrais environnements industriels, ils doivent devenir tout aussi stables, évolutifs et fiables que les systèmes informatiques que nous utilisons tous les jours.
Hila Safi | Inventrice de l'année | PhD