L’EPFL lance le Centre pour les sciences et l’ingénierie quantiques

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© 2021 EPFL

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Le Centre pour les sciences et l’ingénierie quantiques (QSE) de l’EPFL établira et soutiendra des programmes de recherche multidisciplinaire, d’éducation et d’innovation dans le domaine des sciences et technologies quantiques.

« Le développement des technologies quantiques est une entreprise formidable, qui nous met face à des défis scientifiques et technologiques sans précédent », déclare Vincenzo Savona, directeur du Laboratoire de physique théorique des nanosystèmes. « Ces défis exigent un effort combiné de l’ensemble des sciences techniques - physique, mathématiques, chimie, informatique et ingénierie - plus que dans tout autre précédent développement technologique », souligne-t-il. « L’EPFL possède une longue histoire d’excellence et de leadership dans ces différents domaines et occupe ainsi une position stratégique unique dans l’environnement des sciences et de l’ingénierie quantiques suisse et internationale. »

Le professeur Vincenzo Savona, dont l’expertise couvre l’optique quantique, les systèmes quantiques ouverts et l’information quantique, sera le premier directeur du Centre QSE. Il sera assisté d’un comité exécutif composé de professeurs de la faculté des sciences de base, de la faculté des sciences et techniques de l’ingénieur et de la faculté informatique et communications de l’EPFL.

Des avancées technologiques majeures

« Les progrès récents en science et ingénierie nous ont amenés à exploiter les phénomènes prévus par les lois de la mécanique quantique pour développer de nouvelles technologies révolutionnaires dans les domaines du calcul, des communications et des mesures quantiques », note Vincenzo Savona. « Celles-ci conduiront à des progrès majeurs dans de nombreux domaines ainsi qu’à des avantages sociétaux importants. »

En créant le Centre QSE, l’EPFL vise à établir un effort global pour développer et exploiter la technologie quantique sur un éventail d’applications dans tous les domaines des sciences et de l’ingénierie.

Le caractère unique du Centre est sa multidisciplinarité. « Les technologies quantiques sont très complexes et nécessitent la contribution de plusieurs domaines scientifiques », souligne Vincenzo Savona. « La spécificité et la force de notre centre sont de pouvoir combiner de nombreuses expertises, que nous possédons sur le campus, au service de la science et l’ingénierie quantiques. »

Deux axes de recherche

Les activités de recherche du Centre QSE se concentreront sur deux axes. Le premier sera dédié à l’informatique quantique. « Le but sera de développer et appliquer des algorithmes quantiques (voir encadré), ainsi que les outils informatiques nécessaires à leur utilisation », explique Vincenzo Savona. « Le développement, le déploiement et l’intégration de ces solutions contribueront à un avantage quantique (voir encadré) dans toutes les applications demandant du calcul à haute performance, qui peuvent aller de la simulation de molécules biologiques pour la prévision de maladies et le développement de nouveaux médicaments, aux calculs pour la prévision des changements météorologiques et climatiques sur des longues échelles de temps. L’avantage quantique apportera aussi des bénéfices dans les nombreuses activités de recherche de l’EPFL en physique, chimie, sciences des matériaux, ingénierie, sciences de la vie, informatique et sciences des données. »

Le deuxième axe se concentrera sur l’étude de systèmes intégrés, hybrides et évolutifs, grâce aux installations de nano fabrication de pointe disponibles sur le campus, pour permettre des progrès technologiques en matière de hardware, de détection et de communication quantiques.

Un fort accent mis sur l’éducation et les partenariats

Le Centre QSE de l’EPFL s’appuiera sur le large éventail de compétences en matière de sciences et technologies quantiques existant en Suisse. Dans ce contexte, le Centre entend notamment établir une étroite collaboration avec l’Université de Genève à travers des projets de recherche et d’innovation communs, ainsi que des cours partagés pour les étudiants de Master et de Doctorat.

Sur le plan de l’éducation, le Centre QSE va lancer un programme de Master en Science et Ingénierie Quantiques à l’EPFL. Cette offre éducative multidisciplinaire unique comprendra des cours de physique théorique, d’informatique et d’ingénierie. « Le Centre va également créer des bourses d’excellence de master, qui auront pour but d’attirer les jeunes talents, tant en Suisse qu’à l’étranger, préparant ainsi le terrain pour la prochaine génération de scientifiques et d’ingénieurs quantiques », se réjouit Vincenzo Savona.

Finalement, le Centre QSE encouragera la recherche et l’innovation en organisant des événements tels que des workshops, des conférences et des programmes thématiques - attirant à l’EPFL des experts sélectionnés pour des visites de longue durée - afin de favoriser l’interaction et la collaboration et de stimuler la pensée créative et le progrès.

« Les avancées actuelles et à venir en termes de technologies quantiques représentent un tournant majeur de l’histoire de l’humanité », souligne Vincenzo Savona. « Cette époque pionnière peut être comparée au développement des ordinateurs dans les années 50 ou à l’avènement de l’Internet dans les années 90 », ajoute-t-il. « C’est une opportunité unique de contribuer au progrès et à l’avancement de notre société. »

Toute technologie, qu’il s’agisse de la roue ou de la puce électronique, se base sur les lois de la physique. Lorsqu’une technologie exploite les phénomènes inconventionnels (qui ne se manifestent normalement pas dans notre quotidien et qui doivent être produits à travers des expériences en laboratoire) prévus par les lois de la physique quantique - tels que la superposition et l’intrication quantiques - on parle alors de technologie quantique. A la fin du 20ème siècle, les physiciens ont découvert que, grâce à ces phénomènes, il est possible de concevoir des applications infiniment plus efficaces que certaines technologies courantes. Le but de la recherche en sciences et technologies quantiques est donc celui de développer de telles applications pour que la société en tire un bénéfice. La recherche appliquée en ingénierie quantique a déjà produit de nombreuses applications - telles que les protocoles cryptographiques avec partage de clé quantique pour une sécurité accrue dans l’échange de données - le « quantum sensing » qui améliorera la précision de nombreuses techniques de mesure - par exemple pour la détection de champs magnétiques dans le cerveau - ainsi que les plusieurs applications de matériaux à basse dimensionnalité dans l’électronique moderne.

Un algorithme quantique est le logiciel qui est exécuté sur un ordinateur quantique. Pour chaque problème qu’on souhaite résoudre à l’aide d’un ordinateur quantique, il faut écrire un algorithme quantique spécialement conçu. Maîtriser le langage dans lequel ces logiciels sont écrits demande des compétences de pointe non seulement en informatique, mais aussi en physique et mathématiques.

Nous parlons d’avantage quantique lorsqu’un ordinateur quantique peut résoudre des problèmes de taille et portée beaucoup plus grandes que celles atteignables par les plus puissants supercalculateurs présents et futurs. On étend cette notion à l’amélioration substantielle d’autres tâches, comme des communications plus sécurisées ou des méthodes de mesure plus précises.

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Center for Quantum Science and Engineering computer science Vincenzo Savona

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