Informatique quantique pour l'usine

Les ordinateurs quantiques laissent entrevoir la possibilité de résoudre des problèmes que les ordinateurs classiques ne peuvent tout simplement pas traiter. En théorie. Dans la pratique, cependant, ils sont extrêmement fragiles : le passage d’un camion, un bourdonnement soudain de la climatisation ou même l’allumage d’une lumière dans une pièce voisine peuvent amener le système à réagir de manière sensible aux changements environnementaux. C’est pourquoi ces appareils ont jusqu’à présent été confinés dans des laboratoires hautement spécialisés, protégés comme des patients en soins intensifs. Pour les entreprises qui souhaitent intégrer des ordinateurs quantiques dans des environnements de production, 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.

Le problème : Trop sensible pour le monde réel

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 de légères modifications de la structure de la pièce, peuvent fausser les calculs. Si ces facteurs sont gérables dans un environnement de laboratoire contrôlé, ils constituent un défi de taille dans un atelier de production..

« Le bon fonctionnement d’un ordinateur quantique dépend vraiment de son environnement », explique Safi. « Même de légères vibrations ou variations de température peuvent provoquer des erreurs, c’est pourquoi il est si important de simuler et de comprendre ces effets dès le début. » Jusqu’à présent, le secteur n’a pas trouvé de systèmes quantiques suffisamment fiables. En l’absence de résultats solides et prévisibles, leur utilisation dans le monde des affaires est trop risquée. De nombreuses questions concernant leur emplacement, leur stabilité et leur utilité globale font qu’il est difficile pour les entreprises de décider si elles doivent investir et où.

La solution : simuler d'abord, puis installer

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 un environnement industriel ? Quels types d'erreurs sont à prévoir ? Dans quelle mesure ces erreurs risqueraient-elles de nuire à la qualité de calcul ? Et quelles mesures, telles qu'un blindage renforcé, un emplacement alternatif ou un étalonnage adaptatif, seraient nécessaires pour stabiliser le système ?

Prenons par exemple un hall de production où circulent des robots de manutention, où les installations de fabrication génèrent des vibrations et où les lignes électriques créent des champs d'interférences électromagnétiques. Le jumeau numérique simule l'impact précis de ces facteurs sur la stabilité des qubits, mettant en évidence les cas où les taux d'erreur seraient tolérables et, surtout, ceux où ils ne le seraient pas. De plus, le jumeau reste actif pendant l'exploitation : si l'environnement venait à changer en raison de modifications structurelles ou de l'introduction de nouvelles machines, des capteurs détecteraient ces changements et évalueraient leur impact potentiel

L'avantage : L'informatique quantique devient prévisible

Grâce au jumeau numérique, les entreprises disposent enfin de données fiables pour orienter leurs décisions en matière d'informatique quantique industrielle. Elles peuvent désormais évaluer pleinement les risques avant d'investir des sommes importantes et comprendre clairement ce qui est nécessaire pour assurer le fonctionnement stable du système.

Comme l'explique Safi : « Dans mes recherches, j'étudie le développement conjoint d'algorithmes quantiques et de matériel quantique afin de relever des défis complexes en matière d'optimisation et d'industrie, qui sont soit insolubles, soit très peu efficaces à résoudre avec les méthodes classiques. Cela implique d'identifier les classes de problèmes particulièrement adaptées à l'informatique quantique et de développer des approches de modélisation efficaces. »

Son jumeau numérique comble efficacement le fossé crucial entre la recherche théorique et l'application pratique. Pour que les ordinateurs quantiques puissent sortir des laboratoires spécialisés et s'imposer dans des environnements industriels réels, ils doivent devenir aussi stables, évolutifs et fiables que les systèmes informatiques que nous utilisons au quotidien.