Portée par Daniel Estève (1), la chaire industrielle, baptisée « Nasniq » (Nouvelle architecture de spins nucléaires pour l’information quantique), a pour ambition de contribuer à développer l’ordinateur quantique, susceptible de révolutionner le traitement de l’information dans les années à venir et de faire face à l’explosion des données entraînée par le Big Data et l’Internet des Objets. Les technologies quantiques représentent un enjeu de souveraineté qui nécessite aujourd’hui d’importants efforts de recherche et développement, couplant équipes universitaires et entreprises.

Pour y répondre, Atos et le CEA-CNRS, avec le soutien de l’Agence nationale de la recherche (ANR), vont travailler en synergie et mettre leur expertise au service de cette initiative.

Atos, va apporter à la chaire industrielle son expertise en calcul intensif et en informatique quantique. Atos a en effet lancé en 2016 « Atos Quantum », un ambitieux programme de calcul quantique ayant déjà permis de commercialiser, dès juillet 2017, l’« Atos Quantum Learning Machine » (Atos QLM), la première machine au monde capable de simuler jusqu’à 40 bits quantiques et qui simule désormais des Qubits physiques pour une performance accrue.

Daniel Estève et le groupe "Quantronique" du Service de physique de l’état condensé (Spec, CEA-CNRS, Paris-Saclay) sont pionniers dans la connaissance et la maitrise de l’information quantique. Le groupe est à l’origine du circuit dit de la boîte à paires de Cooper qui a conduit aux bits quantiques supraconducteurs actuellement utilisés. Des algorithmes quantiques ont ainsi été implémentés dans des processeurs élémentaires utilisant la version « transmon » développée à Yale. Cette équipe a aussi introduit les systèmes hybrides à base de bits quantiques supraconducteurs et de centres colorés dans le diamant combinant le traitement et le stockage de l’information quantique. Aujourd’hui, les travaux du groupe portent sur des systèmes hybrides combinant des circuits supraconducteurs et des systèmes quantiques plus microscopiques et donc plus cohérents quantiquement : des spins électroniques et nucléaires de défauts cristallins. L’équipe a notamment couplé des bits quantiques supraconducteurs et des centres colorés du diamant, combinant ainsi traitement et stockage de l’information quantique.

La chaire industrielle Nasniq combinera les efforts de recherche fondamentale portés par l’équipe du Spec (CEA-CNRS) aux développements d’Atos sur la simulation algorithmique, renforçant par ailleurs les synergies entre toutes les activités du CEA dans ce domaine. En outre, la chaire assurera une veille technologique nécessaire dans l’appropriation de ce domaine innovant.

Un programme de R&D fondamentale et appliquée

Le programme de la chaire industrielle Nasniq doit permettre de relever plusieurs défis :
• Concevoir et tester de nouveaux types de qubits et mieux maitriser la cohérence quantique : les équipes du Spec travaillent à la maîtrise de la cohérence quantique en développant des bits quantiques plus robustes ;
• Le logiciel quantique pour les qubits hybrides : Atos apportera son expertise en logiciel et algorithmie quantiques, ainsi qu’en simulation numérique, pour le développement de nouveaux logiciels adaptés aux qubits nucléaires ;
Le programme prévoit aussi la protection pertinente et la valorisation (brevets) des « technologies hybrides » de circuit quantique, dont le groupe Quantronique du Spec est aujourd’hui l’un des leaders mondiaux.

Du point de vue de la recherche appliquée, les équipes mobilisées vont aussi valoriser dans d’autres domaines des technologies initialement mises au point pour l’information quantique, par exemple en résonance paramagnétique électronique (RPE), spectroscopie très utilisée en chimie et en biologie, où de remarquables gains en sensibilité sont attendus.

En renforçant les échanges entre les équipes de recherche et industrielles, la chaire Nasniq permettra également de former les futurs ingénieurs et chercheurs dans le domaine.