Hila Safi | Inventrice de l'année | Doctorat
Les ordinateurs quantiques ont la promesse de résoudre des problèmes que les ordinateurs classiques ne peuvent tout simplement pas gérer. En théorie. Dans la pratique, cependant, ils sont incroyablement délicats : un camion qui passe, un bourdonnement soudain dû à la climatisation ou même l'allumage d'une lumière dans une pièce adjacente peuvent faire réagir le système de manière sensible aux changements environnementaux. C'est pourquoi ces appareils ont été jusqu'à présent confinés à des laboratoires hautement spécialisés, protégés comme des patients en soins intensifs. Pour les entreprises qui souhaitent 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, en lui valant le prix de l'inventeur de l'année 2025 dans la catégorie « Doctorat ». Leur innovation est jumeau numérique conçu pour simuler précisément le fonctionnement d'un ordinateur quantique et son intégration dans un environnement industriel typique. « Grâce à ce jumeau numérique, nous pouvons faire fonctionner des ordinateurs quantiques dans des environnements réels, de manière sûre, stable et fiable », explique la doctorante à l'université des sciences appliquées de Ratisbonne.
Les ordinateurs quantiques s'appuient sur qubits — les unités fondamentales de l'information en mécanique quantique. Un qubit représente l'état d'un système physique, agit en tant que support d'informations et exploite des phénomènes quantiques tels que la superposition et l'intrication.
Ces états physiques sont extrêmement fragiles. Même des perturbations minimes, telles que des champs électromagnétiques ou de subtiles modifications de la structure de la pièce, peuvent altérer les calculs. Bien que gérables dans un environnement de laboratoire contrôlé, ces facteurs constituent un défi de taille dans une usine.
« Le fonctionnement fiable d'un ordinateur quantique dépend vraiment de son environnement », explique Safi. « Même de petites vibrations ou changements de température peuvent provoquer des erreurs. C'est pourquoi il est si important de simuler et de comprendre ces effets très tôt. » Jusqu'à présent, l'industrie n'a pas trouvé de systèmes quantiques suffisamment fiables. Sans résultats solides et prévisibles, leur utilisation dans les affaires est trop risquée. Les nombreuses questions concernant 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 constitue une avancée. Il reproduit virtuellement un ordinateur quantique et son environnement d'exploitation prévu avant son installation physique. Le modèle intègre des données provenant de capteurs environnementaux, des statistiques d'erreurs et des simulations de sources d'interférences potentielles avec des 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 anticipés ? Dans quelle mesure dégraderaient-ils la qualité informatique ? Et quelles mesures, telles qu'un blindage amélioré, un placement alternatif ou un étalonnage adaptatif, seraient nécessaires pour stabiliser le système ?
Par exemple, imaginez un hall de production où des robots de transport sont utilisés, où les usines 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, en révélant les domaines dans lesquels les taux d'erreur seraient tolérables et, surtout, ceux où ils ne le seraient pas. De plus, le jumeau reste actif pendant son fonctionnement : si l'environnement change en raison de modifications structurelles ou de l'introduction de nouvelles machines, des capteurs détecteront ces modifications et évalueront leur impact potentiel.
Grâce au jumeau numérique, les entreprises disposent enfin de données fiables pour prendre leurs décisions en matière d'informatique quantique industrielle. Ils peuvent désormais évaluer pleinement les risques avant d'investir beaucoup d'argent et 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 informatique pour relever des défis industriels complexes en matière d'optimisation et qui sont soit insolubles, soit très inefficaces pour les méthodes classiques. Cela implique d'identifier des classes de problèmes parfaitement 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 les applications pratiques. Pour que les ordinateurs quantiques sortent des laboratoires spécialisés et soient intégrés à de véritables environnements industriels, ils doivent devenir aussi stables, évolutifs et fiables que les systèmes informatiques que nous utilisons au quotidien.
Hila Safi | Inventrice de l'année | Doctorat