La technologie quantique surmonte les goulots d'étranglement techniques, et les trois principales pistes clés entrent dans la phase de validation de l'industrialisation

JOURNALISTE DE Securities Times: Yu Shengliang, Ye Lingzhen

Une erreur de 8B d’années ne dépasse pas 1 seconde : la technologie quantique améliore une nouvelle fois la précision de mesure du temps de l’humanité. En mars de cette année, une équipe de recherche de l’USTC a réalisé une percée de l’ordre de 10^[-19] dans le développement d’horloges à lumière, propulsant les standards mondiaux de temps vers l’ère optique. Cette nouvelle précision de mesure ouvre la porte à toute une série d’applications de pointe.

Il y a un siècle, les physiciens ont découvert que la physique classique ne pouvait pas expliquer le monde microscopique ; la mécanique quantique a alors vu le jour. Aujourd’hui, la technologie quantique dépasse les limites de la physique classique et redéfinit les capacités de calcul, la précision de perception et la sécurité de l’information de l’humanité.

En tant que l’une des six grandes industries futures mentionnées dans le document-cadre du « 15e Plan quinquennal » (plan « 15e cinq ans »), la technologie quantique constitue un soutien important pour que notre pays s’empare de la parole centrale dans les technologies et l’industrialisation de l’avenir. À l’heure actuelle, la Chine a réalisé des percées dans les trois principaux axes : informatique quantique, communications quantiques et mesures quantiques de précision. Les institutions de recherche, représentées notamment par l’USTC et l’Institut international quantique de Shenzhen, ainsi que les entreprises leaders, représentées par Guodun Quantum, Guiyi Quantum et Benyuan Quantum, ont émergé ; un schéma dans lequel des grappes de R&D entraînent le développement de l’industrie a déjà commencé à se former.

Cependant, du passage des percées originales en laboratoire à des applications à grande échelle dans la chaîne industrielle, la technologie quantique doit encore franchir de nombreux fossés. Avec l’effort coordonné de plusieurs parties, cette bataille d’offensive et de percée est en train de déboucher sur une percée.

S’emparer des trois principaux axes stratégiques

Le quantum constitue « l’unité minimale » de l’énergie du monde. Les scientifiques utilisent les propriétés des quanta pour remodeler le monde macroscopique en s’appuyant sur les lois du monde microscopique.

Dans le domaine de l’informatique traditionnelle, le bit est l’unité minimale d’information : il existe sous deux états, 0 et 1. Dans le monde quantique, le qubit peut se trouver simultanément dans un état de superposition de 0 et 1, comme une pièce en rotation qui possède à la fois les attributs face et pile ; entre plusieurs qubits, il se forme de l’intrication (entanglement), qui peut être utilisée pour des calculs coopératifs efficaces ; le nombre total d’états de n qubits peut atteindre 2 à la puissance n, ce qui permet d’augmenter la dimension de la puissance de calcul.

Dans les trois grands axes que sont l’informatique quantique, les communications quantiques et les mesures quantiques de précision à l’échelle mondiale, des institutions de recherche et des entreprises chinoises montrent une force « de niveau équivalent aux meilleurs standards internationaux ».

L’informatique quantique est unanimement reconnue comme le domaine le plus difficile de la technologie quantique : son objectif est d’inventer un ordinateur quantique, capable d’exécuter des tâches de calcul que les ordinateurs classiques ne peuvent pas réaliser. C’est aussi l’orientation prioritaire de recherche et de percée des scientifiques de nombreux pays et de grands acteurs technologiques comme Microsoft et Google.

Originaire du Laboratoire clé d’information quantique de l’Académie chinoise des sciences, Benyuan Quantum a réussi à mettre au point un ordinateur quantique supraconducteur « Benyuan Wukong » équipé de puces quantiques supraconductrices à 72 qubits supraconducteurs autonomes. D’après les informations disponibles, « Benyuan Wukong » optimise la coopération logicielle et matérielle via le système d’exploitation de l’ordinateur quantique « Benyuan Tian Zhi » et le système de mesure, de contrôle et de calcul quantique « Benyuan Tian Qi ». À l’heure actuelle, il fonctionne de manière stable depuis plus de deux ans et a accompli au total plus de 800 000 tâches d’informatique quantique pour 163 pays et régions du monde.

Dans le domaine des communications, la distribution de clés quantiques présente la caractéristique que toute écoute est immédiatement détectée, faisant entrer les communications dans une ère de sécurité absolue. Guodun Quantum, connu pour ses communications de confidentialité quantique, s’appuie notamment sur une stratégie de brevets de pointe à l’échelle mondiale dans le secteur des communications quantiques, et a développé en propre des équipements de base essentiels de communications de confidentialité quantiques de cinquième génération, aidant à construire la première grande ligne de communications de confidentialité quantique de niveau kilométrique au monde « Ligne Pékin-Shanghai », un réseau dorsal national de communications de confidentialité quantique à grande échelle et un « réseau de communications de confidentialité quantique à grande échelle Terre-espace » etc., ainsi que d’autres grands projets. Ces initiatives apportent un soutien technique essentiel pour faire passer les communications quantiques du laboratoire à des applications de démonstration et à un déploiement à grande échelle.

Guiyi Quantum se concentre principalement sur le domaine des mesures quantiques de précision et développe en propre des instruments scientifiques de haut de gamme. Un responsable concerné de la société a expliqué à Securities Times que, par exemple, pour la sonde quantique au diamant, composant clé, le diamètre de la pointe de la sonde n’est que de 500 nanomètres, soit environ 1/100 d’un cheveu. Cette pointe de sonde extrêmement minuscule intègre un capteur au niveau atomique dont l’échelle n’est que d’environ 0,5 nanomètre. Comme un thermomètre peut percevoir la température corporelle humaine, pour ausculter « un diagnostic » d’une cellule et d’une molécule uniques, il faut alors des outils de mesure plus microscopiques et plus sensibles ; c’est précisément là que les instruments quantiques entrent en jeu. En 2018, Guiyi Quantum a lancé la première machine X-band électronique de résonance paramagnétique électronique (RPE/ESR) nationale destinée à un usage commercial, rompant d’un seul coup le monopole technique des marques étrangères et permettant à la technologie chinoise des mesures quantiques de précision d’obtenir une percée importante en matière d’industrialisation.

À l’heure actuelle, la dynamique de développement de la Chine dans les trois sous-secteurs de la technologie quantique est différente : dans le domaine des communications de confidentialité quantique, notre pays occupe une position de leader à l’échelle mondiale ; dans celui de la recherche sur les ordinateurs quantiques, la Chine progresse de concert avec les États-Unis et appartient au premier groupe mondial ; dans celui des mesures quantiques de précision, la Chine est partiellement en avance sur certaines pistes à l’échelle fine, mais accuse encore un écart avec les pays développés dans des domaines tels que les instruments scientifiques de haut de gamme.

Percer les goulets techniques

L’industrie des instruments scientifiques de haut de gamme en Chine a démarré relativement tard. Il existe des lacunes évidentes en matière d’industrialisation des composants de haute précision et de pointe en amont de la chaîne industrielle. Les machines complètes de mesure quantique de niveau milieu à haut ont été longtemps dominées par de grands groupes internationaux. De plus, elles faisaient même face à des restrictions d’exportation et à des blocus technologiques de pays occidentaux. Par ailleurs, le manque extrême de talents quantiques transdisciplinaires, capables à la fois de solides bases théoriques et d’une expérience en industrialisation, est devenu un obstacle important qui limite le développement de l’industrie.

La réalité sévère force les entreprises chinoises à emprunter leur propre voie. Le responsable concerné de Guiyi Quantum a indiqué que, pour relever les défis externes, l’entreprise a réussi à développer et à maîtriser de manière indépendante des technologies matérielles de base telles que « la génération et le contrôle de champs magnétiques à homogénéité et stabilité élevées », « la technologie micro-ondes de commande de spin » et « la conception et la fabrication de capteurs quantiques », ce qui permet d’assurer une maîtrise autonome et contrôlable de l’ensemble de l’appareil, du composant clé au système complet. En parallèle, l’entreprise a établi un plan de développement clair : en amont, approfondir la coopération de la chaîne d’approvisionnement locale, promouvoir l’autonomie de conception et de fabrication des composants clés, et améliorer de façon exhaustive l’autonomie et la résilience de la chaîne d’approvisionnement ; en aval, s’appuyer sur « Quantum Ke Yi Gu » pour promouvoir la construction d’un réseau d’applications à l’échelle mondiale, et accélérer la mise en œuvre industrialisée de la technologie quantique dans des domaines comme la fabrication industrielle, la santé des vies et l’énergie.

Le vice-président exécutif de Guodun Quantum, Zhou Lei, a déclaré que lorsque la technologie du laboratoire passe à l’industrialisation, la clé réside dans la réalisation de la maîtrise autonome et contrôlable des dispositifs clés, ainsi que dans la transformation en applications de type ingénierie et à grande échelle, stables et fiables. Au cours du développement de l’entreprise, celle-ci a dû faire face à toute une série de défis, notamment une disponibilité limitée des composants électroniques et pièces essentielles, des difficultés d’intégration des produits finaux et une complexité élevée des projets de mise en réseau. Prenons l’exemple d’un détecteur de photons uniques : dans les premières années, les produits internationaux, dont le prix était élevé et le taux de bons produits faible, limitaient fortement le développement de l’industrie chinoise des communications quantiques. Face à la situation passive où des composants clés étaient « bloqués » (goulet), Guodun Quantum, en collaboration avec des unités nationales disposant d’avantages, après des milliers d’expériences et de percées en R&D, a conçu et développé un détecteur national de photons uniques dont les performances dépassent nettement celles des produits internationaux équivalents. Cette série de produits a soutenu de grands projets tels que la « Ligne Pékin-Shanghai » et le « réseau national de communications de confidentialité quantique à grande échelle Terre-espace », posant ainsi une base solide pour le développement à grande échelle des communications quantiques.

En 2025, Guodun Quantum a lancé le premier détecteur de photons uniques à quatre voies et à refroidissement profond au monde. Il établit de nouveaux records mondiaux sur des indicateurs clés tels que l’efficacité de détection, le bruit sombre et le niveau d’intégration, avec un volume ne représentant que 1/9 de celui des produits internationaux équivalents. À l’heure actuelle, la série de détecteurs de photons uniques développée en propre par l’entreprise peut répondre à la grande majorité des scénarios d’application de détection de photons uniques, et peut fournir des solutions offrant un excellent rapport coût-efficacité pour des applications réelles telles que la distribution de clés quantiques à très longue distance et l’imagerie de photons uniques.

Grâce à la planification prospective du département des sciences et technologies de la province du Guangdong, l’Institut international quantique de Shenzhen a commencé relativement tôt à concevoir et développer des instruments quantiques essentiels comme des machines de lithographie électronique, des têtes cryogéniques basse température et des réfrigérateurs à dilution. Avant que l’étranger n’applique un embargo technique et un blocage sur la Chine, les technologies concernées avaient déjà été largement mises au point, ce qui a permis de lever avec succès le verrou du « goulet technique » imposé par des technologies étrangères.

« Pondre en chemin » pour aller vers l’industrialisation

Dans un certain laboratoire d’informatique quantique, le journaliste a vu une paire de sentences parallèles (couplet), sur laquelle était écrit : « Mesurer et collecter les données en tranchant obstacles et épines ; forger le noyau (développer les cœurs) en profitant du vent pour avancer ». L’inscription horizontale (surnuméraire) est « Ne jamais rendre son manuscrit » (s’en retirer n’est pas envisagé). La réalité est que, même si notre informatique quantique a réussi à publier des articles fondateurs et à franchir des goulets techniques, il faut encore passer à l’industrialisation et à la commercialisation.

Zhou Lei a déclaré que la voie de développement de la technologie quantique ne suit pas la route traditionnelle consistant à pousser la technologie sur le marché après sa maturité, mais plutôt une voie d’innovation où la recherche scientifique est profondément intégrée à l’industrie, « en pondant en chemin ».

« Pondre en chemin » est une expression utilisée par les acteurs de l’industrie de la technologie quantique : elle signifie qu’au cours de l’ascension vers des sommets scientifiques, des résultats techniques par étapes sont convertis en produits et déployés rapidement sur le marché. Ce modèle « pondre en chemin » traverse les trois grands domaines que sont les communications quantiques, l’informatique quantique et la mesure quantique ; et il devient aussi la voie principale par laquelle la technologie quantique, du laboratoire, se dirige vers le marché dans les prochaines étapes.

Le directeur de l’Institut international quantique de Shenzhen, l’académicien de l’Académie chinoise des sciences Yu Peng, a déclaré au journaliste que le développement d’instruments scientifiques devait parvenir à la production en lots et à l’industrialisation (pour réaliser réellement la valeur). Par le passé, dans de nombreux pays, des projets de R&D d’instruments ont produit des prototypes puis, après avoir passé l’acceptation, ils ont été mis de côté, ce qui a entraîné une perte finale de la technologie. À la lumière de cela, l’Institut international quantique de Shenzhen a constitué une équipe fondatrice dirigée par de jeunes talents issus de différentes équipes de recherche : chacun a créé sa propre entreprise, en se concentrant sur des technologies et produits clés différents pour réaliser l’industrialisation ; les produits concernés ont commencé à être vendus sur le marché. Rien que l’an dernier, l’Institut a incubé huit entreprises technologiques de ce type. Parmi elles, des entreprises comme Kunpeng Zhuoyue ont déjà montré une forte capacité de R&D et un potentiel d’industrialisation dans le domaine du matériel d’informatique quantique. La pratique de l’Institut international quantique de Shenzhen est un exemple typique de « pondre en chemin ».

À l’heure actuelle, bien que certaines entreprises affirment avoir réalisé des percées en industrialisation, leur base globale reste encore relativement faible. Par exemple, la plupart des entreprises ciblent principalement des universités et des institutions de recherche, pour des usages de recherche. Dans ces scénarios, la taille du marché est relativement limitée. À l’avenir, il faudra encore élargir davantage les scénarios d’application à usage civil et industriel de grande échelle, afin de permettre à l’industrie de réaliser une percée complète et réelle, passant du laboratoire à l’ensemble de la chaîne industrielle.

De nombreux acteurs du secteur interrogés ont indiqué que, pour l’instant, le développement technique de l’informatique quantique est encore loin d’atteindre le stade commercial tel que l’imagine le marché. L’informatique quantique demeure un instrument de recherche ; il n’existe pas encore de nouvelle puissance de calcul déployable à laquelle elle puisse fournir directement des services utiles aux entreprises. Ses clients en aval se limitent aussi à des instituts de recherche et à des universités, ainsi qu’à quelques entreprises innovantes, pour des essais techniques et de la recherche. En dehors des quelques problèmes mathématiques spécialement conçus pour les ordinateurs quantiques permettant d’obtenir une supériorité quantique, à ce stade la tâche principale de l’informatique quantique consiste encore à rattraper l’informatique classique.

« L’objectif principal à court terme des entreprises d’informatique quantique est de survivre : accumuler continuellement la technologie, cultiver le marché, et attendre que la technologie et le marché atteignent une maturité à la fois technique et commerciale. » Yu Peng estime que l’industrie quantique est une longue course ; pour l’informatique quantique, il faut une période de maturation de 5 à 10 ans. Il recommande de maintenir un niveau élevé d’investissement dans la R&D, de perfectionner le système de formation des talents, de renforcer la coopération au sein de la chaîne industrielle et de guider le déploiement d’un capital patient, afin d’aider notre pays à passer de la puissance en technologie quantique à la puissance en technologie quantique, et de contribuer aux objectifs du « 15e Plan quinquennal » (période du 15e cinq ans) : « communications quantiques en position de leader à l’échelle mondiale, percée pratique de l’informatique quantique, et applications à grande échelle de la mesure quantique ».