Projet BACQ : l’évaluation des ordinateurs quantiques sous l’angle des applications concrètes

Premier projet lancé dans le cadre du programme MetriQs-France, piloté par le LNE et dédié à l’évaluation et à la normalisation des technologies quantiques, BACQ constitue un élément important de la Stratégie nationale quantique qui vise à assurer à la France une place de choix dans le peloton de tête des pays qui maîtrisent les technologies quantiques. 

Projet BACQ

Dans le cadre du programme MetriQs-France, piloté par le LNE, le projet BACQ a permis d’élaborer 10 benchmarks relatifs à la résolution de problèmes concrets couvrant quatre domaines d’intérêt pratique. Trois de ces références concernent des problèmes d’optimisation. Ainsi, Q-score permet par exemple de mesurer les performances de processeurs quantiques pour la résolution du problème dit Max-Cut, similaire au célèbre problème dit du « voyageur de commerce ». Trois autres benchmarks permettent d’évaluer la résolution de systèmes linéaires, dont par exemple l’équation de Laplace. Concernant la simulation physique, BACQ a produit deux références concernant d’une part le modèle d’Ising en champ transverse, d’autre part le modèle BCS de la supraconductivité. Enfin, un benchmark concerne un problème de type factorisation. Un dernier benchmark, plus transversal, permet par ailleurs l’évaluation des performances énergétiques dans la mise en œuvre de l’algorithme dit VQE, relatif à la recherche de l’état fondamental d’un système quantique, sur des machines à portes.

Chacune de ces références considère des métriques spécifiques à chaque problème traité, mais également des métriques génériques telles que la taille du problème, le temps de calcul, la probabilité de résolution, la précision de la solution ou encore le coût de mise en œuvre.

En complément de ces différents benchmarks, BACQ a en outre conduit à la définition d’un modèle d’analyse multicritère grâce auquel combiner les valeurs de différentes métriques pour établir une notation d’ensemble d’un processeur quantique en tenant compte des préférences de l’utilisateur. Cet outil d’agrégation permet aussi de comparer entre eux différents types de processeurs quantiques, afin de mettre en évidence les atouts de chacune des solutions techniques proposées pour différentes applications.

L’ensemble de ces outils – codes informatiques pour les tests de référence, liste des métriques à mesurer et modèle de notation à partir de ces métriques – est en accès libre sur GitHub afin qu’ils soient accessibles aussi bien aux utilisateurs finaux qu’aux fournisseurs de calculateurs quantiques.

Premier projet lancé dans le cadre du programme MetriQs-France, BACQ constitue un élément important de la Stratégie nationale quantique qui vise à assurer à la France une place de choix dans le peloton de tête des pays qui maîtrisent les technologies quantiques.

Afin d’assurer l’adoption la plus large possible des outils élaborés dans le cadre de BACQ, les partenaires du projet, en parallèle des développements scientifiques et techniques, œuvrent à doter certains de leurs benchmarks d’une valeur normative.

Ainsi, d’ici la fin de l’année, le benchmark relatif à l’efficacité énergétique fera l’objet d’une norme de l’IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers).

Par ailleurs, à l’échelle européenne, sous l’impulsion de la France et des partenaires de BACQ, un rapport technique qui servira de base aux futurs travaux de normalisation sur les benchmarks est actuellement en cours d’élaboration au sein du comité technique de normalisation sur les technologies quantiques JTC22 des organismes de normalisation CEN et CENELEC.

Enfin, à l’échelle internationale, la normalisation des benchmarks applicatifs pour les technologies quantiques fait actuellement l’objet de travaux portés par la France dans le prolongement de BACQ, au sein du nouveau sous-comité « calcul quantique » JSC3A commun à l’IEC et à l’ISO et lui-même piloté par la France.

Par ailleurs, les membres de BACQ sont représentés au sein de l’EQCBC (European Quantum Computing Benchmarking Coordination Committee). Ce comité technique du Quantum Flagship européen, créé en 2024, regroupe l’ensemble des acteurs du continent des différents projets de benchmarking pour les technologies de calcul quantique. Copiloté par la France, l’Allemagne et les Pays-Bas, ses membres ont proposé un projet de recherche conjoint auprès d’EuroHPC, l’organisme public européen pour la mutualisation de l’investissement européen pour le calcul haute performance. Ce projet, pour lequel le LNE a coordonné l’ensemble des partenaires de BACQ devrait être mis en œuvre l’année prochaine.

Par ailleurs, la France participe en bonne place au projet européo-japonais Q-NEKO de développement de solutions de calcul hybridant calcul quantique et calcul haute performance. Ainsi, dans ce projet, Thales a la charge du lot relatif au benchmark, le LNE pilote la tâche sur la normalisation et le CEA est impliqué dans l’intégration à proprement parler des calculateurs quantiques avec les supercalculateurs.

L’ensemble de ces efforts sera poursuivi dans le cadre de la Stratégie nationale quantique. Dotée en mai dernier d’un milliard d’euros supplémentaire, elle vise une accélération du développement de l’ordinateur quantique universel et souverain, avec notamment l’objectif de deux prototypes français prêts pour l’industrialisation en 2032. Dans ce but, le programme MetriQs-France a vocation à se poursuivre en direction de benchmarks adaptés à ces futures machines.

Plus généralement, le LNE, fort de décennies de développement de ses étalons quantiques, fait figure d’acteur incontournable pour l’arrivée à maturité des technologies quantiques et pour la compétitivité des entreprises françaises dans le domaine. En témoigne l’inauguration en décembre dernier de sa plateforme de métrologie MetriQs. Celle-ci vise à l’élaboration et à la valorisation de référentiels de mesure et d’évaluation des technologies quantiques sous la forme de services de mesure au meilleur niveau, accessibles à tous. Actuellement en cours, le projet MOCQUA, dans le cadre du programme MetriQs-France également, vise à développer des méthodes de mesure de référence pour une caractérisation fiable et objective des composants matériels et des sous-systèmes nécessaires à la fabrication à grande échelle de calculateurs quantiques à l’état solide. Plus généralement, le LNE collabore avec l’ensemble des acteurs de la tech quantique française, en particulier les start-up retenues pour le programme PROQCIMA pour le développement des ordinateurs quantiques dans le cadre de la Stratégie nationale quantique.

Programme MetriQs-France

Dans le cadre de la stratégie nationale quantique de la France, MetriQs est le programme national sur les référentiels de mesure, l'évaluation et la normalisation des technologies quantiques. Lancé en 2022 pour 6 ans, avec l'ambition de soutenir l'innovation et l'établissement d'une industrie quantique solide et prospère, le programme vise à développer, exploiter et promouvoir des capacités de mesure de référence, validées et harmonisées, pour des caractérisations et des évaluations de performance fiables, comparables et impartiales de ces technologies émergentes. Ces mesures sont nécessaires pour démontrer de manière indiscutable les avantages possibles des technologies quantiques, pour permettre leur industrialisation (sécurisation des chaînes d’approvisionnement par exemple) et leur adoption par le marché. Coordonné par le LNE, le programme répond aux besoins de mesure des priorités nationales, notamment le calcul quantique, les capteurs quantiques, et les technologies habilitantes. Il comprend à la fois le déploiement d'une infrastructure de référence pour la mesure et le test, et des projets collaboratifs de R&D.

Les partenaires du projet BACQ

Thales est un leader mondial des hautes technologies qui compte 85 000 collaborateurs dans le monde. Nous investissons dans les innovations du numérique et de la « Deep Tech » (connectivité, Big Data, IA, cybersécurité et quantique) pour construire un avenir de confiance. Opérant sur les marchés de la défense, de l’aérospatial, de la cyber et digital, nous proposons des solutions, services et produits qui aident nos clients à remplir leurs missions critiques.

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Bull, avec près d’un siècle d’innovations, est un leader mondial du calcul haute performance, de l’intelligence artificielle et de l’informatique quantique, avec un revenu d’environ 720 millions d’euros et 3 000 experts opérant dans 32 pays. S’appuyant sur une architecture ouverte, de confiance et intégrée de bout en bout, Bull conçoit, déploie et opère des solutions matérielles et logicielles ainsi que des services stratégiques, pour accélérer la recherche scientifique, créer de la valeur pour les entreprises de manière durable et contribuer au progrès de la société. Porté par une R&D d’excellence, forte de 1 600 brevets, avec des capacités industrielles éprouvées et une expertise avancée en science des données, Bull permet aux États et aux industries de conserver la maîtrise totale de leurs données et de leur intelligence artificielle, au service du progrès pour la planète.

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CEA est un acteur majeur de la recherche, au service de l'État, de l'économie et des citoyens. Il apporte des solutions concrètes à leurs besoins dans quatre domaines principaux : transition énergétique, transition numérique, technologies pour la médecine du futur, défense et sécurité. Réunissant 20 000 collaborateurs et implanté au cœur des territoires, sur 9 centres équipés de très grandes infrastructures de recherche, le CEA bénéficie d'un large éventail de partenaires académiques et industriels en France, en Europe et à l'international. Il se classe au 1^er rang des organismes de recherche français en matière de dépôts de brevets en France et en Europe, selon le classement Clarivate.

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Le CNRS, Centre national de la recherche scientifique, est un acteur majeur de la recherche fondamentale à l’échelle mondiale. Il est le seul organisme français actif dans tous les domaines scientifiques. Sa position singulière de multi‐spécialiste lui permet d'associer les différentes disciplines scientifiques pour éclairer et appréhender les défis du monde contemporain, en lien avec les acteurs publics et socio‐économiques.

Ensemble, les sciences se mettent au service d’un progrès durable qui bénéficie à toute la société.

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Teratec est une association créée en 2005 pour rassembler les utilisateurs industriels, les fournisseurs et les structures académiques autour du HPC, de l'IA et de la simulation. Depuis 2018, la TQCI (Teratec Quantum Computing Initiative) rassemble les grands utilisateurs industriels autour du développement de l'informatique quantique afin de mieux comprendre ses usages, de développer la formation et d'accroître les compétences dans ce domaine, notamment à travers l'organisation de séminaires et l'accompagnement au montage de projets collaboratifs.

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Contact presse

Valérie Mulot - valerie.mulot@lne.fr