La technologie quantique surmonte les goulots d'étranglement techniques et entre dans la phase de validation industrielle

300 milliards d’années d’écart, sans dépasser 1 seconde : la technologie quantique renouvelle une fois de plus la précision de la mesure du temps de l’humanité. En mars de cette année, l’équipe de recherche du laboratoire de l’USTC a réalisé une percée à l’échelle 10-19 dans la mise au point d’horloges à photons, propulsant les standards de temps à l’ère optique. Cette nouvelle précision de mesure ouvre la voie 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, et la mécanique quantique a vu le jour. Aujourd’hui, la technologie quantique dépasse les limites de la physique classique et redéfinit la capacité de calcul, la précision de perception et la sécurité de l’information de l’humanité.

En tant que l’une des six industries futures mentionnées dans le document-cadre du « 15e plan quinquennal » (période 2026-2030), la technologie quantique constitue un appui essentiel pour que la Chine occupe une place importante dans la parole autour des technologies et des industries de demain. À l’heure actuelle, la Chine a également fait des percées dans les trois grands axes : l’informatique quantique, la communication quantique et la mesure de précision quantique. Des institutions de recherche représentées par l’USTC et l’Institut international de recherche quantique de Shenzhen, ainsi que de grandes entreprises de premier plan telles que Guodun Quantum, Guoyi Quantum et Benyuan Quantum, ont émergé ; le schéma consistant à constituer des grappes de R&D pour entraîner le développement de l’industrie s’est déjà amorcé.

Cependant, pour que la technologie quantique passe des percées originales en laboratoire à des applications à grande échelle dans la chaîne de l’industrie, il reste à franchir de nombreux fossés. En mobilisant les efforts de plusieurs parties, la bataille décisive est en train de trouver une percée.

S’emparer des trois principaux axes stratégiques

Le quantum est la « plus petite unité » qui compose l’énergie du monde. Les scientifiques utilisent les propriétés des quanta pour remodeler le monde macroscopique selon les lois du monde microscopique.

Dans le domaine des ordinateurs classiques, le bit est l’unité d’information minimale, composée de deux états, 0 et 1. Dans le monde quantique, le qubit peut se trouver simultanément dans un état de superposition 0 et 1, un peu comme une pièce en rotation qui possède en même temps les attributs face et pile ; entre plusieurs qubits naît l’intrication, qui peut être utilisée pour des calculs coordonnés et efficaces ; le nombre total d’états d’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, la communication quantique et la mesure de précision quantique à l’échelle mondiale, des institutions de recherche et des entreprises chinoises montrent une puissance solide comparable aux plus hauts standards internationaux.

L’informatique quantique est unanimement reconnue comme le domaine le plus difficile de la technologie quantique. Son objectif est d’inventer des ordinateurs quantiques capables d’effectuer des tâches de calcul que les ordinateurs classiques ne peuvent pas réaliser : c’est aussi la direction prioritaire sur laquelle se concentrent actuellement les scientifiques de nombreux pays, ainsi que des géants technologiques comme Microsoft et Google.

Née du Laboratoire clé d’informations quantiques de l’Académie chinoise des sciences, Benyuan Quantum a réussi à mettre au point l’ordinateur quantique supraconducteur « Benyuan Wukong », doté d’une puce quantique supraconductrice supraconductrice autonome de 72 qubits. D’après les informations disponibles, « Benyuan Wukong » optimise conjointement, grâce à la collaboration logicielle et matérielle, le système d’exploitation de l’ordinateur quantique « Benyuan Sinan » et le système de mesure/contrôle quantique « Benyuan Tianji ». À ce jour, il fonctionne de manière stable depuis plus de deux ans et a réalisé au total plus de 800 000 tâches de calcul quantique pour 163 pays et régions dans le monde.

Dans le domaine des communications, la distribution de clés quantiques présente la caractéristique que toute écoute est détectée, ce qui fait entrer les communications dans une ère de sécurité absolue. Connu pour ses communications de confidentialité quantique, Guodun Quantum, s’appuyant sur sa stratégie de brevets de premier plan dans la communication quantique au niveau mondial et sur d’autres atouts, a mené à bien la R&D indépendante d’équipements clés de cinquième génération pour les communications de confidentialité quantique. Cela a contribué à la construction de projets majeurs tels que la première ligne mondiale de communications de confidentialité quantique de niveau kilométrique « Pékin-Shanghai », le réseau central national de communications de confidentialité quantique à large couverture « Terre-Espace », et d’autres « réseaux de communications de confidentialité quantique à large couverture ». Ces grands projets fournissent un soutien technologique essentiel pour faire passer la communication quantique du laboratoire à la démonstration d’applications et au déploiement à grande échelle.

Guoyi Quantum se concentre principalement sur le domaine de la mesure de précision quantique et développe en autonomie des instruments scientifiques de pointe. Un responsable de l’entreprise, interrogé par le journaliste de Securities Times, explique : par exemple, le composant clé, la sonde quantique au diamant. Le diamètre à l’extrémité de la sonde n’est que de 500 nanomètres, soit environ 1/100 d’un cheveu. Cette extrémité de sonde extrêmement minuscule intègre un capteur de niveau atomique d’une échelle d’environ 0,5 nanomètre. Tout comme un thermomètre peut percevoir la température corporelle humaine, pour « ausculter » une cellule et des molécules isolées, il faut des outils de mesure plus microscopiques et plus sensibles ; c’est alors que les instruments quantiques entrent en jeu. En 2018, Guoyi Quantum a lancé le premier spectromètre de résonance paramagnétique électronique de bande X destiné au marché et produit localement, une première commerciale de fabrication chinoise, brisant d’un coup la monopolisation technique des marques étrangères et permettant à la technologie de mesure de précision quantique de la Chine d’obtenir une percée importante en termes d’industrialisation.

À l’heure actuelle, le schéma de développement de la Chine dans les trois domaines de la technologie quantique diffère selon les sous-secteurs : dans la communication de confidentialité quantique, la Chine occupe une position de leader à l’échelle mondiale ; dans la recherche sur les ordinateurs quantiques, la Chine progresse de pair avec les États-Unis et fait partie du premier groupe mondial ; dans la mesure de précision quantique, la Chine est en avance localement sur certains segments, mais accuse encore un écart avec les pays développés dans des domaines comme les instruments scientifiques de haute gamme.

Faire face aux goulets d’étranglement techniques

L’industrie chinoise des instruments scientifiques de haute gamme démarre relativement tard. Dans la partie amont de la chaîne industrielle, la localisation domestique des composants de haute précision et de haute technicité présente des lacunes évidentes. Les systèmes complets de mesure quantique de moyenne et haute gamme ont été longtemps monopolisés par de grands acteurs internationaux ; et parfois, ils ont même été soumis à des restrictions d’exportation et à un blocus technologique de la part de pays occidentaux. En outre, la pénurie extrême de talents quantiques transdisciplinaires, à la fois solides en théorie et expérimentés en industrialisation, constitue un goulet d’étranglement majeur qui freine le développement de l’industrie.

La réalité sévère pousse les entreprises chinoises à tracer leur propre voie. Un responsable de Guoyi Quantum indique que, pour répondre aux défis externes, l’entreprise a développé et maîtrisé en autonomie des technologies techniques de base, notamment « la génération et le contrôle de champs magnétiques très uniformes et stables », « la technologie de contrôle des spins en micro-ondes » et « la conception et l’usinage de capteurs quantiques », afin de faire passer les instruments d’une indépendance maîtrisée sur les composants clés à une autonomie et un contrôle complets au niveau du système de l’appareil. L’entreprise a également établi un plan de développement clair : en amont, approfondir la coopération de la chaîne d’approvisionnement locale, promouvoir la R&D et la fabrication autonomes des composants clés, et améliorer de façon globale l’autonomie et la résilience de la chaîne d’approvisionnement ; en aval, s’appuyer sur « Quantum Ke Yi Gu » pour faire avancer la construction d’un réseau d’applications à l’échelle mondiale, afin d’accélérer l’industrialisation et la mise en œuvre des technologies quantiques dans des domaines comme la fabrication industrielle, la santé et la vie, et l’énergie.

Le vice-président de Guodun Quantum, Zhou Lei, déclare que lorsque la technologie de laboratoire se transforme en industrialisation, la clé réside d’abord dans la maîtrise autonome et contrôlable des dispositifs et composants essentiels, et ensuite dans la capacité à transformer les produits en applications d’ingénierie stables, fiables et à grande échelle. Durant le développement de l’entreprise, elle a dû faire face à une série de défis, tels que des limitations dans l’approvisionnement des composants essentiels, une difficulté élevée d’intégration des produits finaux, et une complexité importante des projets de mise en réseau. Prenons l’exemple des détecteurs de photons uniques : au début, des produits internationaux dont le prix était élevé et dont le taux de produits conformes était faible limitaient fortement le développement de l’industrie de la communication quantique en Chine. Face à cette situation passive où un composant central « bloque le passage », Guodun Quantum s’est associé à des unités nationales présentant des avantages, et après plus de mille essais et percées en R&D, a mis au point des détecteurs de photons uniques domestiques aux performances nettement supérieures à celles des produits internationaux comparables. Cette série de produits a soutenu de grands projets tels que « la ligne Pékin-Shanghai », « le réseau de communications de confidentialité quantique à large couverture Terre-Espace » et d’autres projets majeurs, jetant des bases solides pour le développement à grande échelle de la communication quantique.

En 2025, Guodun Quantum a lancé le premier détecteur de photons uniques à quatre voies à réfrigération profonde au monde. Il a établi de nouveaux records mondiaux (600628) sur des indicateurs clés tels que l’efficacité de détection, le bruit sombre et le niveau d’intégration ; son volume est seulement 1/9 de celui des produits internationaux comparables. À l’heure actuelle, les produits de détecteurs de photons uniques développés en autonomie peuvent répondre à la grande majorité des scénarios d’application de détection de photons uniques, et proposent des solutions offrant un excellent rapport qualité-prix pour des applications réelles telles que la distribution de clés quantiques sur très longues distances, l’imagerie de photons uniques, etc.

Grâce à la planification prospective du Département des sciences et de la technologie de la province du Guangdong, l’Institut international de recherche quantique de Shenzhen a commencé relativement tôt à concevoir et développer des instruments clés de la technologie quantique tels que des machines de lithographie électronique, des têtes de refroidissement cryogéniques et des réfrigérateurs à dilution. Avant les interdictions et le blocus technologiques appliqués par l’étranger envers la Chine, les technologies concernées avaient déjà été essentiellement mises au point. Elles ont ainsi réussi à franchir le blocus technologique « qui bloque le passage » imposé par l’étranger.

« Pondre en chemin » pour accéder à l’industrialisation

Dans un certain laboratoire d’informatique quantique, un journaliste a vu une paire de sentences parallèles (dau-lian). Le texte disait : « Détecter les données en tranchant les obstacles, faire émerger l’énergie nucléaire en tirant parti du vent » ; la formule verticale était : « Ne jamais rendre sa copie ». La réalité, c’est que l’informatique quantique en Chine, après avoir atteint la publication des articles centraux et franchi les percées dans les goulets d’étranglement technologiques, doit encore avancer vers l’industrialisation et la commercialisation.

Zhou Lei explique que la trajectoire de développement de la technologie quantique ne suit pas la voie traditionnelle qui consiste à pousser les produits vers le marché après que la technologie est mûre ; c’est plutôt une voie de développement innovant qui intègre profondément la recherche scientifique et l’industrie, avec l’approche de « pondre en chemin ».

« Pondre en chemin », est une expression utilisée par les acteurs de l’industrie de la technologie quantique. Cela signifie qu’au cours de l’escalade vers les sommets scientifiques, les résultats techniques par étapes sont transformés rapidement et opportunément en produits prêts à être déployés. Ce modèle de « pondre en chemin » traverse les trois domaines majeurs que sont la communication quantique, l’informatique quantique et la mesure quantique, et il devient aussi la voie centrale par laquelle la technologie quantique sortira du laboratoire pour aller vers le marché pendant une période à venir.

Le directeur de l’Institut international de recherche quantique de Shenzhen, membre de l’Académie chinoise des sciences, Yu Dapeng, a déclaré au journaliste que le développement des instruments scientifiques doit parvenir à la production en série et à l’industrialisation (afin de réaliser réellement la valeur). Par le passé, dans de nombreux pays, les projets de R&D d’instruments, une fois qu’ils avaient produit un prototype et obtenu la validation, étaient ensuite mis de côté, entraînant une perte finale de la technologie. En raison de cela, l’Institut international de recherche quantique de Shenzhen a constitué son équipe fondatrice en confiant la responsabilité aux jeunes talents de chaque équipe de R&D : chacun a créé sa propre entreprise, en se concentrant sur des technologies et des produits essentiels différents afin de réaliser l’industrialisation. Les produits concernés ont commencé à être vendus sur le marché. Rien que l’an dernier, l’institut a mis au monde huit entreprises technologiques de ce type. Parmi elles, des entreprises comme Kunpeng Zhuoyue ont déjà démontré 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 de recherche quantique de Shenzhen est une manière typique de « pondre en chemin ».

Actuellement, bien que certaines entreprises affirment avoir réalisé une percée en industrialisation, l’ensemble de leurs bases reste encore relativement faible. Par exemple, la plupart des entreprises ont pour principal public des universités et des institutions de recherche, destinés à un usage de recherche. Dans ce type de scénarios, la taille du marché reste relativement limitée. À l’avenir, il faudra encore élargir davantage les scénarios d’applications à l’échelle de la vie civile et de l’industrie, afin d’amener l’industrie à réaliser une transition complète, du laboratoire jusqu’à la chaîne industrielle.

Plusieurs personnes interrogées du secteur estiment que le développement actuel de la technologie en informatique quantique n’a encore rien à voir avec l’étape de commercialisation imaginée par le marché. L’informatique quantique reste encore un instrument de recherche : aucun nouveau pouvoir de calcul n’a encore été créé et déployé pour être utilisé directement, de sorte qu’elle ne peut pas fournir des services pratiques aux entreprises, et les clients en aval se limitent aussi aux instituts de recherche scientifique, aux universités et à quelques entreprises innovantes. Elle est principalement utilisée pour des essais techniques et pour la recherche. En dehors des cas où l’on a réalisé une supériorité quantique sur quelques problèmes mathématiques conçus sur mesure pour des ordinateurs quantiques, à l’heure actuelle, la tâche centrale de l’informatique quantique reste de rattraper les ordinateurs classiques.

« L’objectif central des entreprises d’informatique quantique à court terme est de survivre, d’accumuler continuellement des technologies et de développer le marché, en attendant que la technologie et le marché soient tous deux matures. » Yu Dapeng estime que l’industrie quantique est une voie de long terme, tandis que l’informatique quantique nécessite une période d’incubation de 5 à 10 ans. Il suggère de maintenir un niveau élevé d’investissements en R&D, de perfectionner le système de formation des talents, de renforcer la coordination de la chaîne industrielle, et de guider des capitaux patients pour soutenir une implantation progressive. Ainsi, la Chine pourra passer de pays puissance en technologie quantique à puissance en technologie quantique, contribuant à l’objectif de la période du « 15e plan quinquennal » : « communication quantique leader à l’échelle mondiale, percées pratiques en informatique quantique, déploiement à grande échelle de la mesure quantique ».

(Rédacteur en chef : Zhang Yan)

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