QPerfect, un simulateur pour libérer le potentiel de l’informatique quantique

Malgré ses promesses révolutionnaires, l’ordinateur quantique n’en est encore qu’à ses rudiments. Un niveau d’avancement proche des années 1950 pour l’ordinateur classique, car, pour l’heure, ces processeurs « sont loin d’être parfaits et il y a encore des erreurs dans les résultats des calculs quantiques », souligne Guido Masella, directeur technique de QPerfect.

Pour rendre cette technologie résiliente aux erreurs, Guido Masella et Sébastien Buffechoux ont lancé en 2023 la start-up QPerfect avec 3 autres co-fondateurs, enseignants-chercheurs au CESQ (CNRS / Université de Strasbourg). Objectif : offrir à ses utilisateurs un simulateur d’ordinateur quantique, directement sur une machine classique.

Réduire les erreurs et l’instabilité

Grâce à sa puissance de calcul phénoménale, l’ordinateur quantique promet « de résoudre des problèmes jusqu’alors inatteignables pour l’ordinateur classique, avec une efficacité de calcul parfois exponentielle », rappelle Guido Masella. Contrairement aux machines traditionnelles – binaires qui utilisent le bit avec une valeur de 0 ou de 1 – les ordinateurs quantiques stockent leur information dans des qubits. Ce support d’information peut ainsi prendre plusieurs valeurs à la fois et être « une superposition de plusieurs états », ajoute le co-fondateur de QPerfect.

Puisque l’information quantique peut être superposée et intriquée, les ordinateurs quantiques sont donc capables d’effectuer des calculs puissants, sur un très grand nombre de possibilités en même temps. Une aubaine pour la chimie, la génomique ou encore la cryptographie. Par exemple, en simulant complètement des molécules pharmacologiques et les interactions avec les protéines du corps humain, le calcul quantique pourrait être capable d’améliorer significativement le l’identification de médicaments du futur. Ces ordinateurs pourraient également être en mesure de craquer des algorithmes cryptographiques réputés jusqu’alors inviolables.

« Mais pour l’heure, la maturité de cette technologie est encore relativement faible », tempère Sébastien Buffechoux. Déjà car « les objets dont on exploite les propriétés quantiques (atomes, électrons, photons), les qubit, sont très sensibles. Une perturbation extérieure [1]peut modifier leur état et donc changer l’information inscrite sur le qubit », souligne-t-il. Une instabilité source d’erreurs dans les calculs qui fait « qu’à l’heure actuelle nous ne pouvons pas faire confiance aux résultats d’un ordinateur quantique ».

Simuler avant de sauter le pas

Pour aider les industriels à passer à l’échelle dès aujourd’hui, QPerfect propose à ses clients « l’émulateur d’ordinateur quantique le plus puissant sur le marché », affirme Sébastien Buffechoux, qui s’inspire des travaux menés au Centre européen de Sciences quantiques. Les équipes strasbourgeoises ont ainsi utilisé une représentation mathématique, la Matrix Product States (MPS), pour optimiser et simuler un système quantique de grande échelle, et créer ce jumeau numérique d’ordinateur quantique.

L’idée ? Mettre à disposition des chercheurs et des entreprises un environnement de développement fiable et performant. Un véritable terrain de jeu, utilisable directement sur un ordinateur classique, « pour que nos utilisateurs qui veulent se lancer dans le quantique puissent tester des codes à implémenter par exemple, indique Sébastien Buffechoux. Ils peuvent apprendre comment le faire de la manière la plus efficace possible, pour être prêt le jour où l’on aura un ordinateur quantique réellement performant ».

En somme, ce simulateur – appelée MIMIQ – « permet d’anticiper ce qui va se passer sur les machines quantiques d’ici 3 à 4 ans », résume Sébastien Buffechoux. Une innovation, fruit de plus de dix ans de recherche au Centre européen de Sciences quantiques (CESQ – ISIS – CNRS et Université de Strasbourg)

Entre 2022 et 2023, QPerfect a ainsi fait l’objet d’un programme de maturation chez SATT Conectus et est entrée en incubation chez SEMIA. Désormais, la start-up née en mai 2023 accompagne des centres de calculs européens et de grandes entreprises qui veulent se lancer dans le calcul quantique. Le simulateur est mis à disposition directement sur un ordinateur classique pour simuler des algorithmes, des logiciels applicatifs, détecter et corriger les erreurs, mais également évaluer quel algorithme quantique pourrait être le plus avantageux. « MIMIQ permet un gain de temps, d’argent et de performances pour les entreprises, car les ordinateurs quantiques ne sont pas fiables aujourd’hui et ils resteront toujours plus onéreux que les simulateurs », rappelle Sébastien Buffechoux.

Une révolution immanquable

En 2024, la start-up – qui a remporté l’année dernière le Grand Prix du concours I-Lab 2023 – entend continuer à développer un écosystème beaucoup plus large, toujours pour accompagner la conception de machines quantiques. Et pousser à leur professionnalisation ! L’équipe présentera cette deeptech de rupture au salon VivaTech fin mai, convaincue de l’enjeu stratégique qu’apportera l’informatique quantique dans les années à venir.

« Il est primordial pour les sociétés de s’intéresser à l’informatique quantique aujourd’hui pour rester compétitif demain. Celui qui ratera cette révolution quantique aura autant de retard que celui qui est passé à côté de l’intelligence artificielle ! », avance Sébastien Buffechoux.

Car le calcul quantique avance à pas de géant. En témoignent les récents résultats présentés à Harvard en décembre dernier, où une équipe a apporté la preuve de possibilité de développement du premier processeur quantique programmable, capable de coder jusqu’à 48 qubits logiques, avec la technologie d’atomes froids, le cœur d’expertise de QPerfect, « alors qu’on n’en avait pas démontré un seul jusque-là ! », s’enthousiasme Sébastien Buffechoux.

[1] Ces perturbations extérieures peuvent être un léger changement électromagnétique, électrique ou encore de la chaleur.