Les industries émergentes de l’informatique et des communications axées sur les technologies quantiques

Sur quoi reposent les technologies quantiques?

À l’échelle atomique et subatomique, la matière se comporte différemment qu’à l’échelle macroscopique : elle suit les lois de la physique quantique¹.

Ces comportements, aux propriétés quantiques uniques², ont été découverts il y a une centaine d’années. Leur compréhension a permis d’inventer des technologies, comme les transistors et les lasers, et de créer les grandes industries de la microélectronique, de la photonique et des télécommunications.

Récemment, des avancées significatives en matière de manipulation et de contrôle des propriétés quantiques ont suscité l’apparition de nouvelles disciplines, telles que l’informatique quantique³ et les communications basées sur la cryptographie quantique⁴. Ces dernières promettent d’être innovantes et d’avoir des retombées considérables sur l’économie québécoise.

L’industrie de l’informatique quantique au Québec

Relativement nouvelle, l’industrie de l’informatique quantique québécoise compte seulement une dizaine d’entreprises. Celles-ci proposent diverses solutions logicielles et matérielles, telles que :

• des processeurs quantiques (parties d’ordinateur);
• des ordinateurs quantiques complets;
• des algorithmes de calcul sur des ordinateurs quantiques;
• des émetteurs pour la cryptographie quantique.

Le Québec possède une expertise reconnue en informatique quantique et en cryptographie quantique. La maturité des industries québécoises en matière de photonique, de matériaux de pointe et de microélectronique contribue également au développement du domaine des technologies quantiques au Québec.

Le développement et le potentiel du marché

L’émergence récente du marché de l’informatique quantique rend ses valeurs actuelles et futures difficiles à évaluer avec précision. Les conclusions des études à ce sujet sont variables. Cependant, on anticipe qu’il pourrait avoir des répercussions très importantes sur l’économie, valant plusieurs milliards de dollars dans les années à venir.

Selon une étude de la firme Yole, ce marché était évalué (équipements, logiciels et services y compris) à 33 millions de dollars américains en 2020 et atteindra 1,9 milliard de dollars américains en 2030, suivant une croissance annuelle moyenne de 50 %. La firme Marketandmarkets l’estime plutôt à 474 millions de dollars américains en 2021 et indique qu’il devrait croître à un taux annuel moyen de 30 %, pour s’établir à 1,76 milliard de dollars américains en 2026.

Ce marché, considéré comme hautement compétitif, comprend notamment des entreprises canadiennes telles que D-Wave et Xanadu ainsi que des entreprises américaines comme IBM, Google, IonQ et Rigetti Computing.

Quelques applications de l’informatique quantique

La simulation de systèmes réels quantiques⁵ (atomes, molécules) sera rendue possible grâce à l’informatique quantique. Ces simulations, qui exigent une énorme puissance de calcul excédant celle des ordinateurs classiques, permettront d’importantes avancées dans les secteurs :

• de la santé (développement de médicaments et de vaccins);
• de la chimie (développement de nouveaux matériaux);
• du transport (optimisation des services et de la logistique);
• manufacturier (optimisation de la chaîne d’approvisionnement, de la production et de la distribution).

Le décryptage de l’information bénéficiera également de la puissance de l’informatique quantique. Puisqu’il sera possible de décoder en très peu de temps les protocoles de chiffrement de données actuels, la plupart des méthodes utilisées pour rendre les communications sécurisées deviendront obsolètes. Cela aura des répercussions majeures sur plusieurs secteurs économiques (finances, commerce, etc.) ainsi que stratégiques (sécurité, défense, etc.) et, par le fait même, sur les entreprises et les gouvernements.

Nos sociétés devront alors envisager la cryptographie quantique comme solution pour crypter les communications, afin qu’elles demeurent sécuritaires. Plusieurs considèrent que l’avenir des communications sécurisées reposera sur ces techniques et les réseaux de communication qui en feront usage.

Le marché de la cryptographie quantique offre donc un fort potentiel de développement. La firme Yole indique que ce dernier était évalué à 84 millions de dollars américains en 2020 et qu’il connaîtra une croissance annuelle moyenne de 25 % au cours des dix prochaines années, atteignant 786 millions de dollars américains en 2030. La firme MarketsandMarkets estimait sa valeur à 89 millions de dollars américains en 2019 et estime qu’il affichera une croissance annuelle moyenne de 19 % durant les cinq prochaines années, pour s’établir à 214 millions de dollars américains en 2025.

1. Le qualificatif « quantique » provient de la théorie des quanta, selon laquelle l’énergie rayonnante (la lumière) a, comme la matière, une nature discontinue. À la base de la physique moderne, cette théorie a révolutionné notre compréhension du monde.

En physique, on qualifie de « quantique » le comportement de systèmes à l’échelle atomique et subatomique. À ces très petites échelles, les entités telles que les atomes, les électrons et les photons présentent des caractéristiques particulières (quantiques), qui n’existent pas dans le monde macroscopique (classiques).

2. À titre d’exemple, la dualité onde-particule de la matière et de la lumière ainsi que l’enchevêtrement des états d’un système de particules font partie de ces propriétés.

3. Informatique quantique : Domaine de l’informatique dans lequel on utilise le bit quantique (qbit) comme unité de base de l’information. L’informatique est une discipline qui s’intéresse à tous les aspects, tant théoriques que pratiques, liés au traitement automatique de l’information, à la conception, à la programmation, au fonctionnement et à l’utilisation des ordinateurs.

4. Cryptographie quantique : Cryptographie (ensemble des principes et techniques permettant le chiffrement et le déchiffrement des données afin d’en préserver la confidentialité et l’intégrité) qui utilise le principe de superposition ou l’intrication quantique comme moyen de protéger l’échange d’une clé. 

5. David Deutsch and Artur Ekert, « Beyond the Quantum Horizon », Scientific Americain, 2013.