À l’occasion du salon Slush 2022, à Helsinki, nous avons pu rendre visite à la start-up IQM dans la ville d’Espoo, en Finlande. Spécialisée dans l’informatique quantique, IQM participe activement au big-bang qui s’annonce dans le domaine du calcul intensif. Précisons que plusieurs technologies se disputent aujourd’hui ce marché naissant. Il existe plusieurs méthodes pour concevoir un Qubit dont le piégeage des atomes refroidis par laser, une technologie maîtrisée par le français Pasqal, les ions piégés (approche soutenue entre autres par Honeywell et la startup IonQ), la photonique (portée par la startup française Quandela), le spin sur électrons dans des semiconducteurs, une voie prise par le CNRS et le CEA/Leti ou encore, la plus médiatisée, les supraconducteurs, une technologie choisie par le finlandais IQM, le canadien D-Wave et les américains IBM et Google. N’oublions pas que derrière ces technologies, l’enjeu est d’abord financier et donc d’identifier l’approche la plus rentable de la production de Qubits parfaits qui se prête le mieux à un passage à grande échelle.

Chaque start-up a sa propre histoire, et pour IQM tout a commencé un après-midi pluvieux. « Il y a environ cinq ans, mon co-fondateur [Jan Goetz] et moi, nous discutions un samedi de novembre, il pleuvait et nos enfants couraient partout. Etudiants en physique il y a 20 ans, nous n’avions pas travaillé ensemble depuis 12 ans, mais nous nous rencontrions de temps en temps le samedi », nous a raconté Juha Vartiainen, COO et cofondateur d’IQM. Et nous avons fait notre premier business plan sur un morceau de papier et c’est ainsi que nous avons ensuite levé notre premier tour de table d’un montant de 11,5 millions d’euros. Quatre ans après, nous avons grandi sans aucune limite avec plus de 200 employés, de 39 nationalités différentes. Nous sommes devenus la première entreprise européenne, à un point près, dans ce domaine ». Revenant sur l’histoire d’IQM, le dirigeant nous a également indiqué « qu’un laboratoire sur les basses températures dans une université finlandaise a soutenu pendant plus de 50 ans les études dans ce domaine et formé beaucoup de personnes que nous sommes heureux d’employer aujourd’hui ». L’informatique quantique en mode supraconducteur travaille en effet à une température très basse (-273°) avec un refroidissement à l’hélium. Un système quantique de ce type ressemble à un gros ballon « d’eau froide » pressurisée avec des commutateurs relais et un terminal pour contrôler les opérations de calcul.

 

Un QPU IQM d'une capacité de calcul de 5 Qubits dans son chassis de métal. (Crédit S.L.)

10 à 15 ans avant d'imposer le quantique

« Nous pensons que l’informatique quantique est une technologie vraiment disruptive. Ce n’est pas encore le cas aujourd’hui, cela prendra peut-être 10 ou 15 ans, mais cela va bouleverser l’industrie. Plusieurs étapes seront nécessaires avant d’y arriver et pour l’instant, nous vendons des systèmes pour l’éducation et pour le secteur de la recherche », nous a expliqué Juha Vartiainen. « Et très bientôt, nous verrons une percée pour l’informatique quantique commerciale. Très probablement d’abord en chimie, pour la simulation moléculaire, la découverte de médicaments, les sciences de la vie et le chiffrement. Il y a aussi beaucoup de sujets liés à la durabilité, ou à la réduction des émissions de CO2, par exemple. Trouver des enzymes pour synthétiser des engrais sans consommer autant d’énergie, cela permettrait à lui seul de réduire de 2 % les émissions mondiales de CO2 ». IQM possède une équipe de près de 50 personnes à Munich, qui travaillent sur les applications et les algorithmes, mais la start-up se définit avant tout comme un fournisseur de matériels. « Nous fabriquons un matériel informatique quantique pour un usage général, et nos puces sont fabriquées ici en Finlande, à Espoo. Nous sommes 150 personnes, réparties sur trois sites, avec un laboratoire quantique, une installation pour fabriquer nos puces de silicium, et nous concevons toute la pile quantique de la puce à l’intégration du système », nous a précisé Juha Vartiainen. « Nous pensons qu’il y aura beaucoup d’autres entreprises qui prendront la responsabilité majeure du développement des applications et notre noyau quantique sera là dans le matériel pour faire ce qu’aucun autre système informatique ne peut faire ».

Comme nous l’a indiqué Raghunath Koduvayur, responsable du marketing et de la communication chez IQM : « Nous avons déjà conclu plus de 50 millions d’euros de ventes contractuelles au cours des 18 derniers mois maintenant. Nous pouvons livrer un système complet sur site, comme pour le centre de recherche de la Finlande (CSC), mais également un accélérateur quantique fonctionnant avec un supercomputer pour réaliser certains calculs beaucoup plus vite grâce à un véritable algorithme quantique fonctionnant sur un superordinateur et un ordinateur quantique en même temps ». Le COO d’IQM ajoute que « l’excellente idée de l’accélérateur quantique est qu’il ne s’agit pas d’une grande étape à réaliser. Nous entrelaçons les étapes de calcul dans un ordinateur ordinaire et un ordinateur quantique. Et beaucoup de ces algorithmes, comme la chimie quantique, où il s’agit de résoudre la structure de l’état initial, sont mieux résolus en ayant les deux sous la main : le calcul à haute performance, et l’informatique quantique dans la même installation, en les connectant ensemble avec une faible latence. Actuellement, certains concurrents, comme IBM, fournissent un service cloud où vous envoyez un calcul, et il revient, disons après 10 minutes. Mais vous ne pouvez pas travailler efficacement de cette façon : vous avez besoin d’avoir une connexion de l’ordre de la milliseconde entre l’ordinateur quantique et l’ordinateur classique ». Du point de vue HPC, le supercomputer va déléguer certaines des tâches de calcul sur l’ordinateur quantique comme il le fait maintenant sur ces cartes graphiques. De cette façon, lorsqu’une tâche de calcul peut être mieux exécutée sur l’ordinateur quantique, elle y sera déchargée. Et pour obtenir les résultats rapidement, il est nécessaire de travailler avec un matériel et des algorithmes hybrides. Et, l’utilisateur final ne verra pas nécessairement la différence  ».

 

Si les ordinateurs quantiques seront un jour des systèmes indépendants très performants, ils fonctionnent aujourd’hui comme des accélérateurs pour les supercomputers existants. Ici un modèle de test d'une capacité de 20 Qubits. (Crédit IQM)

Pour financer ses activités, IQM a récemment clôturé une série d’accords qui porte à 200 millions d’euros les fonds récoltés. « Nous avons réussi à attirer à la fois des fonds privés et des fonds publics, ce qui garantit la confiance du gouvernement et du système incarné par le capital-risque », nous a indiqué le responsable marketing. « Pour l’instant, nous considérons les centres de recherche et les universités comme nos premiers clients. IQM a déjà vendu ses accélérateurs quantiques en Allemagne chez LRZ à Leibniz et en Finlande chez CSC ». Mais IQM compte bien séduire les leaders de l’industrie qui se préparent à la révolution quantique. « Nous pensons qu’au cours de la prochaine décennie, nous commencerons à voir des avantages quantiques utiles avec la résolution de certains problèmes. Le progrès est en marche, mais ce n’est pas aussi rapide que nous l’espérions ».  IQM produit des processeurs quantiques (QPU) refroidis à - 273°, proche du zéro absolu, pour travailler. Nous avons pris en photo – voir ci-dessous- un processeur d’une capacité de 20 Qubits déjà testé dans le laboratoire de recherche du fournisseur et chez un client. Et, IQM compte livrer en 2023 une puce de 54 qubits. Interrogé sur les capacités de production de sa petite fonderie à Espoo, le COO a éludé la question en nous répondant que « nous sommes toujours en train de monter en puissance, mais nous pensons que nous pouvons produire beaucoup plus que ce dont nous avons besoin. Disons que nous avons la capacité de réaliser en une semaine l’ensemble du record européen [de production de Qubits]. Le prochain goulot d’étranglement sera les demandes pour les sites de test. Donc le problème de l’axe de production est en quelque sorte résolu à présent ».

Un wafer IQM produit à Espoo avec des QPU d'une capacité de 20 Qubits. (Crédit S.L.)

127 Qubits chez IBM

Des capacités de calcul qui peuvent sembler modestes si on prend en compte les annonces d’IBM, qui a déjà lancé un processeur de 127 Qubits et même 1 000 Qubits attendu l’année prochaine : « La course aux Qubits dans les puces quantiques n’est toutefois pas la seule caractéristique à retenir », nous a expliqué Juha Vartiainen, le COO et cofondateur d’IQM. « La fiabilité des calculs quantiques est en effet plus importante que le nombre de Qubits. La réduction du taux d’erreur dans les calculs est primordiale […]. La fidélité, c’est-à-dire le nombre d’erreurs que vous faites par opération, compte beaucoup. Il est donc facile de fabriquer beaucoup de qubits, mais il est difficile de les contrôler. Donc oui, nos Qubits sont de très haute fidélité. Nous avons publié un article scientifique pour montrer que nous montions à 99,8 % ».

Lors de notre rencontre à Espoo, IQM était sur le point d’annoncer un partenariat avec Atos, qui a déjà développé une activité de simulation quantique. Pour occuper le marché européen, la start-up et la SSII vont proposer des systèmes de calcul hybride combinant les processeurs quantiques d’IQM et la plateforme de développement d’applications quantiques d’Atos. Comme expliqué dans un communiqué, « cette proposition unique sur le marché permet aux clients de programmer de manière fluide leurs applications d’informatique quantique et de les exécuter dans l’environnement QLM en émulant parfaitement toutes les caractéristiques du matériel quantique cible (topologie, jeu d’instructions, modèle de bruit). Ce faisant, les clients peuvent ensuite exécuter directement ces applications sur le hardware quantique d’IQM, sans avoir à les modifier ». Précisons qu’IQM et Atos collaboraient déjà depuis quelque temps. En aparté, les dirigeants d’IQM nous ont également confiés qu’un autre partenariat était en cours de finalisation avec Tech Mahindra pour attaquer le marché asiatique.