Quantum, AI et géopolitique (3) : Cartographier la course à l'informatique quantique

La course aux technologies quantiques a commencé.

Parmi ceux qui connaissent la science de l'information quantique (QIS), certains appellent à la prudence, dénonçant un battage médiatique potentiel ou même niant la possibilité de voir un jour un ordinateur quantique entièrement polyvalent - un Universal Quantum Computer.

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Pourtant, comme nous l'avons montré dans le précédent articleMême si le moment où un ordinateur quantique universel existera peut être relativement lointain, même s'il n'y a en effet aucune certitude absolue qu'un tel ordinateur sera jamais créé puis industrialisé, l'existence même de cette possibilité - même si elle est lointaine - a déjà changé le monde. Elle a déclenché des découvertes et une évolution dans d'autres sous-domaines du QIS - à savoir la détection et la métrologie quantiques, la communication quantique et les simulations quantiques - et des usages connexes qui ne peuvent être ni niés ni ignorés. Nous nous trouvons dans le cas d'un scénario à fort impact et à faible probabilité que personne, et surtout pas les acteurs de la sécurité, qu'ils soient publics ou privés, ne peut ignorer.

Le futur monde imaginaire de l'IA quantique et la course aux quanta qui y est associée alimentent tous deux la course elle-même, lui donnant son élan, l'accélérant et l'intensifiant, grâce à la recherche et aux usages potentiels et réels envisagés.

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C'est également l'une des conclusions du dernier rapport consensuel, conservateur et très prudent des Académies nationales des sciences des États-Unis, L'informatique quantique : Progrès et perspectives, publié en décembre 2018. Parrainé par le bureau du directeur du renseignement national, le rapport conclut que

“Résultat clé 7:...Bien que la faisabilité d'un ordinateur quantique à grande échelle ne soit pas encore certaine.... La recherche en informatique quantique a des implications évidentes pour la sécurité nationale. Même si la probabilité de créer un ordinateur quantique fonctionnel était faible, étant donné l'intérêt et les progrès dans ce domaine, il semble probable que cette technologie sera développée davantage par certains États-nations. Ainsi, toutes les nations doivent prévoir un avenir où les capacités de contrôle de qualité seront accrues. La menace qui pèse sur la cryptographie asymétrique actuelle est évidente et pousse les efforts de transition vers la cryptographie post-quantique... Mais les implications en matière de sécurité nationale transcendent ces questions. Une question stratégique plus large concerne le futur leadership économique et technologique...." Académies nationales des sciences, L'informatique quantique : Progrès et perspectives - – p. 7-20.

Comme la course aux quanta est une composante à part entière du monde émergent de l'IA quantique et de la race elle-même, nous devons donc comprendre sa dynamique, ses caractéristiques, ainsi que ses acteurs.

Le but de cet article est donc de définir le cadre dans lequel la course aux quanta peut être comprise, de présenter un outil adéquat pour traiter les multiples caractéristiques de cette course, à savoir la cartographie dynamique - pour les mathématiciens, les graphes dynamiques - et de découvrir des parties de la carte dynamique ainsi réalisée comme exemple de ce qui se passe et de ce qui peut être fait pour comprendre.

Lisez également les articles de suivi qui complètent la cartographie :

Le programme national britannique des technologies quantiques

★ Le BATX chinois dans la course à l'informatique quantique : de la recherche au capital-risque en passant par les médicaments et les technologies de pointe

Les acteurs privés chinois se lancent dans la course au quantique

Compte tenu de l'ampleur de la course, il s'agit d'un travail en cours. De plus, la recherche doit être mise à jour en permanence. Elle nécessite donc un parrainage pour une publication ouverte, et/ou une commande pour un usage spécifique et privé, en fonction de la stratégie des acteurs. N'hésitez pas à nous contacter.

Nous présentons ici, à titre d'exemples concrets de la carte dynamique décrivant la course aux quanta, une première série de vidéos montrant comment la course se déroule entre 1997 et 2028, en considérant certaines des caractéristiques identifiées dans la première section de cet article comme nécessaires pour comprendre la course aux quanta. Chaque vidéo est accompagnée d'une description classique de la partie correspondante de la course, avec les sources détaillées utilisées.

• Les première cartographie présentée sous forme de vidéo (cliquez sur le lien pour accéder directement à la cartographie) se concentre sur les Pays-Bas, QuTech et QuSoft, auxquels s'ajoute l'effort de l'UE en matière de quantification.
• Ensuite, en se concentrant sur les acteurs étatiques, le deuxième cartographie ajoutera l'Allemagne, la troisième les États-Unis et le quatrième Chine.
• Pour illustrer l'importance du secteur privé dans la course à Quantum, le cinquième cartographie ajoutera ensuite IBM.
• Enfin, le sixième et dernière cartographie apportera un financement supplémentaire par le biais du Vision Fund, qui reste un acteur potentiel dans la course aux technologies quantiques.

Chaque vidéo montre notamment comment l'ajout d'un nouvel acteur modifie les perspectives de la course. Parallèlement, l'outil de cartographie utilisé souligne l'importance d'utiliser une visualisation adéquate afin que nos perceptions de la race reflètent le mieux possible ce qui se passe pour prendre des décisions en connaissance de cause.

De nombreux autres acteurs font partie de la course, du Royaume-Uni à Singapour en passant par l'Australie, le Canada, la France, le Japon ou Israël, sans parler des autres entreprises privées, de Google à Ali Baba, et devront être inclus dans la cartographie de la course avant que l'on puisse parvenir à une analyse concluante. Néanmoins, comme le lecteur le découvrira, des éléments de compréhension essentiels sont déjà disponibles grâce aux six cartographies dynamiques présentées ci-dessous.

Comprendre la course aux quanta

La première façon d'envisager la course aux quanta est d'essayer d'utiliser ce que nous pourrions appeler un cadre classique : l'identification des financements publics. C'est l'approche qui a été adoptée par Freeke Heijman-te Paske, du ministère des affaires économiques des Pays-Bas, "Développements mondiaux Technologies quantiques", le 8 mai 2015 (puis présenté lors du lancement du vaisseau amiral de l'UE en mai 2016), ainsi que par un document de McKinsey de 2015 estimant les dépenses annuelles pour la technologie quantique non classifiée (les deux montrent des résultats similaires, et il est impossible de savoir qui a utilisé les recherches de qui).

Depuis lors, les mêmes chiffres ont été utilisés à maintes reprises par beaucoup, y compris par le rapport de la NAS cité plus haut : par exemple, le Bureau du gouvernement britannique pour la science, "L'ère quantique : les opportunités technologiques", 2016 ; Patrick Gill, "Ici, là et partout", Technology Quarterly, The Economist, 1er mars 2017 ; Crane et al, Évaluation de l'impact économique futur de la science de l'information quantiqueIDA, août 2017.

Cependant, le premier problème avec les chiffres de Heijman-te Paske/McKinsey, est que nous sommes incapables de retracer les sources. Bien que nous considérions que leurs chiffres sont exacts pour l'année 2015, il devient néanmoins impossible d'actualiser les estimations, alors que nous sommes maintenant deux ans plus tard. Il est donc difficile d'avoir une idée dynamique de l'évolution du financement quantique alors qu'il s'agit d'un élément crucial pour une course. 

Deuxièmement, le fait de considérer principalement le financement public pose de nombreuses difficultés en ce qui concerne la course aux chiffres. En effet, toute enquête plus approfondie dans le monde quantique montre à quel point les efforts publics et privés sont liés. Ainsi, le fait de ne considérer que l'un ou l'autre de ces efforts ne peut, au mieux, donner qu'une image partielle. En outre, les réactions positives entre les deux ne peuvent être dépeintes et mises en évidence par des sommes forfaitaires attribuées à un seul pays. Pour illustrer ce point, prenons l'exemple du Centre de recherche des Pays-Bas QuTech.

QuTech  domine le domaine des technologies quantiques aux Pays-Bas, et se concentre plus particulièrement sur l'informatique quantique et l'internet quantique. Elle a été fondée en 2013 par l'Université de technologie de Delft (TU Delft) et l'Organisation néerlandaise pour la recherche scientifique appliquée. En 2015, elle a reçu 146 millions d'euros sur 10 ans ($168,6 millions) du gouvernement par le biais de ce qui peut être considéré comme un cadre global pour la recherche quantique (Rapport annuel 2015 p. 7, 35). Il a donc été conçu comme un centre public-privé. Ses principaux partenaires privés et industriels sont Intel et Microsoft. Intel a annoncé un partenariat de collaboration de 10 ans en 2015 avec un financement de $50 millions (Ibid.). Microsoft a régulièrement cofinancé des projets QuTech (par exemple, le rapport annuel 2015). En 2018, l'entreprise américaine a créé son propre laboratoire de recherche quantique à l'université de Delft, Station Q Delft, et l'institut quantique de Microsoft et de l'université de Delft, QuTech, collaborera intensivement au développement de qubits topologiques (QuTech News1er juin 2018). 

Ainsi, si nous devions conserver un cadre classique de financement public, comment classerions-nous les QuTech ? Si nous considérions les Pays-Bas comme une unité d'analyse, devrions-nous considérer uniquement le $168,6 millions sur dix ans, plus le financement annuel "habituel" de la recherche quantique dans tout le pays ? Mais alors, comment devrions-nous considérer la participation industrielle privée dans QuTech, qui est non seulement importante en termes de financement, mais aussi d'accès aux installations, de fertilisation croisée de la recherche et éventuellement de résultats pratiques ?

En outre, d'autres subventions, bourses et projets contribuent également à financer la recherche de QuTech. Par exemple, fin 2015, QuTech a obtenu un financement sur cinq ans de l'American Intelligence Advanced Research Projects Activity (IARPA) "pour développer un circuit supraconducteur de 17 qubits à correction d'erreurs ainsi que l'électronique et le logiciel pour le contrôler", un projet appelé LogiQ. Cette nouvelle activité, "lancée en avril 2016, est un partenariat de QuTech avec Zurich Instruments et l'ETH Zurich" (rapport annuel 2015).

Allons-nous donc compter ce financement comme américain, ou allons-nous le partager entre les Pays-Bas et la Suisse ? Mais si nous choisissons la deuxième option, ne perdons-nous pas des informations car, à la fin du projet, les États-Unis bénéficieront eux aussi des recherches financées ?

En utilisant le cas QuTech ainsi que d'autres, d'une part, en s'appuyant sur l'excellent Conférence internationale sur l'informatique quantique (ICoCQ) qui s'est tenue à Paris fin novembre 2018, les communications qui y ont été présentées, ainsi que les discussions avec les scientifiques, d'autre part, nous avons identifié les caractéristiques cruciales de la course aux quanta. 

Les principales caractéristiques de la Race for Quantum que nous devons prendre en considération sont les suivantes :

1. Existence d'un cadre stratégique global public (ou non) pour un pays donné ;
2. Financement annuel habituel de la recherche publique pour un acteur donné ;
3. Liens public-privé, industrie-recherche, finance-industrie-recherche (notamment à travers les différentes étapes du capital-risque) ;
4. Les liens au-delà des frontières souveraines (ce qui implique de pouvoir ensuite considérer les risques industriels, ainsi que les risques souverains de sécurité nationale) ;
5. Début des efforts (quand ont-ils commencé ?), car le temps et les fonds accumulés, la recherche et la notoriété comptent ;
6. Si le financement est important, alors les talents le sont aussi. Les deux doivent être capturés ;
7. Compte tenu de la pénurie de talents, la cartographie doit permettre de capter autant que possible les talents de demain ;
8. La communication est également importante (capter l'imagination - voir l'article précédent), nous devons donc être en mesure de prendre en compte cette dimension ;
9. D'autres éléments sont en cours de développement ;
10. Tous ces éléments doivent être considérés sous un angle dynamique pour l'analyse, c'est-à-dire que les données doivent être collectées au fil du temps.

Nous devrons intégrer le plus grand nombre possible de ces spécificités dans un état des lieux pour le rendre significatif en termes de race. Cela nous permettra ensuite de suivre correctement la course. 

Il convient toutefois de souligner que les découvertes scientifiques et la créativité des ingénieurs ne sont pas nécessairement une conséquence du montant des fonds disponibles ou du nombre d'articles universitaires publiés. Si ces deux derniers éléments sont des mesures utiles du degré d'engagement des acteurs dans le QIS, et augmentent potentiellement les chances de voir les plus engagés être en tête de course, il n'y a pas non plus de fatalité ici. Une ou plusieurs voies révolutionnaires dans le domaine du QIS peuvent très bien émerger d'un petit laboratoire et/ou d'un génie non (encore) intégré dans la course ou intégré en tant que petit acteur. 

L'outil : Logiciel de visualisation graphique dynamique

Comme nous devons tenir compte des éléments ainsi que des liens entre eux, cela signifie que nous pouvons représenter notre problème de cartographie de nos acteurs et de leurs interactions dans un graphique :

“A réseau [ou graphe] est un ensemble d'éléments,... vertices ou parfois Nœudsavec des liens entre eux, appelée bords” ou des liens. (Mark Newman, "La structure et la fonction des réseaux complexes“, Révision de la SIAM 56, 2003, 167-256, pp.168-169).

Nous pourrons ainsi bénéficier de la théorie des graphes - si nécessaire - ainsi que d'outils connexes. 

Dans notre cas, nous utiliserons des logiciels libres et gratuits Gephiqui est un "logiciel de visualisation et d'exploration de toutes sortes de graphiques et de réseaux", car il permet également l'analyse dynamique des graphiques, ce qui est nécessaire pour notre objectif. C'est le même logiciel que nous utilisons pour cartographier les problèmes et pour l'analyse des influences pour les scénarios, ainsi que pour identifier les indicateurs d'alerte.

Lors de la cartographie de la course au quantum, une mesure de l'importance des acteurs sera exprimée par la taille des nœuds, classés en fonction du financement reçu. En d'autres termes, plus un acteur ou un cadre reçoit de fonds, plus le nœud est important. Tous les autres nœuds sont redimensionnés en conséquence. Pour les lecteurs avertis en mathématiques, cela signifie que la taille des nœuds est classée en fonction de la pondération en degrés.

De même, l'épaisseur du bord (la flèche reliant les nœuds) représente le montant annuel du financement et varie relativement en fonction de tous les montants annuels de financement de la cartographie. 

Cartographier les acteurs de la course aux quanta

Compte tenu de la portée et de l'ampleur de la carte, nous nous concentrons ici uniquement sur quelques acteurs, ce qui vise également à démontrer l'intérêt d'utiliser un graphique dynamique et d'intégrer les caractéristiques identifiées ci-dessus.

Nous allons d'abord détailler la carte des Pays-Bas, de QuTech et de QuSoft, à laquelle nous avons ajouté le financement de l'UE pour être complet.

Nous ajouterons ensuite une cartographie partielle pour l'Allemagne, en nous concentrant exclusivement sur la dernière décision du gouvernement concernant un cadre global, mais sans détailler complètement tous les acteurs allemands. Nous ajouterons ensuite de la même manière les États-Unis, en nous concentrant à nouveau sur l'effort du gouvernement américain pour lancer un cadre global quantique, n'incluant donc ni les efforts militaires et classifiés inconnus, ni la participation privée. Puis, toujours à des fins de comparaison, nous ajouterons la Chine de manière aussi exhaustive que possible, en utilisant principalement l'excellent rapport réalisé par Elsa B. Kania et John K. Costello pour le CNAS. Ces données devraient idéalement être révisées pour inclure quelques autres éléments manquants, soit liés à notre cadre, soit aux évolutions qui ont eu lieu depuis la publication du rapport de la CNAS.

Ensuite, pour donner au moins un exemple de l'importance de la recherche privée en matière de haute technologie, nous inclurons l'entreprise américaine IBM.

Enfin, parce que nous avons ici un perturbateur potentiel de la course, notamment lorsque la concurrence sera à un stade plus avancé, nous ajouterons le Mega High Tech Fund Vision Fund, lancé par la banque japonaise Softbank.

Quantum aux Pays-Bas : QuTech et QuSoft

Notre première cartographie se concentrera sur les Pays-Bas, QuTech, en utilisant les données et les sources détaillées ci-dessus, ainsi que sur les efforts ultérieurs, cette fois-ci en termes de développement de logiciels quantiques par le biais du centre de recherche dédié QuSoft.

Les Pays-Bas étant situés dans l'UE, nous avons également besoin, pour obtenir une cartographie correcte, de données relatives aux investissements de l'UE dans Quantum, comme détaillé ci-dessous.

Les marges sont pondérées en fonction du financement annuel, en millions de dollars US (convertis au moment de la rédaction), lorsque les données sont disponibles. Dans le cas contraire, un coefficient de pondération de 1 est attribué pour montrer l'existence d'une relation. Seuls les financements engagés dans les programmes sont pris en compte, ce qui explique pourquoi certaines marges disparaissent avec le temps.

Pour la période 2010 2028, la course aux quanta pour les Pays-Bas, QuTech et Qusoft, compte tenu des caractéristiques énumérées ci-dessus de 1 à 5, ainsi que 9 (dynamique) ressemble à la vidéo ci-dessous.

La course aux quanta : L'UE et les Pays-Bas - Vidéo 1

L'Union européenne : Le vaisseau amiral Quantum

Avant le lancement d'une stratégie coordonnée, selon Freeke Heijman-te Paske (Ibid, diapositive 8), l'UE, par le biais de divers programmes de la Commission européenne, a dépensé pour les technologies quantiques : 17,5 ($19,9) millions d'euros entre 1997 et 2002 ; 30,5 ($34,7) millions d'euros entre 2002 et 2007 ; 45,6 ($51,8) millions d'euros entre 2007 et 2014 ; 31,8 ($36,2) millions d'euros entre 2014 et 2018. 

Le 29 octobre 2018, l'UE a lancé son Le navire amiral Quantumqui est une initiative d'un milliard d'euros ($1,1476 milliard) et d'une durée de 10 ans. Toutefois, l'UE ne finance que la moitié du montant total et le pays d'origine des laboratoires qui demandent un financement devra financer l'autre moitié (Davide Castelvecchi, "L'Europe montre ses premières cartes dans un pari quantique d'un milliard d'euros“, Nature,29 octobre 2018, Page officielle de l'UE sur le navire amiral Quantum). Ainsi, le financement purement européen n'équivaut véritablement qu'à 500 millions d'euros sur 10 ans.

Le vaisseau amiral de l'UE, le Quantum, est construit autour de cinq dimensions : "Communication quantique (QComm), informatique quantique (QComp), simulation quantique (QSim), métrologie et détection quantiques (QMS), et enfin, science fondamentale (BSci)", qui diffère légèrement de l'approche américaine, mais où l'on retrouve néanmoins les mêmes domaines fondamentaux (Maison Blanche, Aperçu stratégique national pour les sciences de l'information quantique, 2018). Pour la phase de "ramp-up", qui devrait durer trois ans, c'est-à-dire jusqu'en septembre 2021, 20 projets ont été sélectionnés avec un budget global de 132 millions d'euros, toutes technologies quantiques confondues (communiqué de presse).

Sur les 100 millions d'euros, ou plutôt 50 millions d'euros par an, disponibles sur 10 ans, le financement de 132 millions d'euros ($150,4 millions) pour les 3 premières années signifierait que 168 millions d'euros (84 pour l'UE et 84 pour les États membres) n'ont pas encore été investis. On peut se demander pourquoi il y a un tel écart, et quelle est la voie à suivre.

Cela pourrait commencer à mettre en évidence deux problèmes connexes qui pourraient frapper inégalement les régions, les pays et les entreprises : premièrement, l'absence relative de talents et, deuxièmement, l'absence d'un écosystème suffisamment prospère pour être propice à une recherche et une innovation adéquates dans le domaine, ainsi qu'aux applications et aux usages. Dans le cas spécifique du financement de l'UE, les procédures notoirement lourdes, compliquées, coûteuses et particulières pour demander un financement, d'autant plus dans le cas du programme phare s'il doit être mis en parallèle avec un processus similaire au sein des États membres, peuvent également jouer leur rôle.

En ce qui concerne les talents, le programme phare Quantum vise à impliquer "la communauté quantique dans son ensemble, avec plus de 5000 chercheurs européens dans les universités et l'industrie, qui cherchent à placer l'Europe à la pointe de l'innovation quantique" (communiqué de presse). Nous constatons ici un écart intéressant en termes de chiffres. En effet, Cade Metz, du New York Times, a souligné que "selon certains témoignages, moins de mille personnes dans le monde peuvent prétendre faire de la recherche de pointe dans ce domaine" ("La prochaine pénurie de talents technologiques : Chercheurs en informatique quantique"21 octobre 2018). Pendant ce temps, Todd Holmdahl, vice-président de Quantum, Microsoft Corporation, estime dans son Témoignage écrit à la commission du Sénat américain sur l'énergie et les ressources naturelles (audition pour examiner les efforts du ministère de l'énergie dans le domaine de l'information quantique
Science, 25 septembre 2018), que :

"Aujourd'hui, moins d'un scientifique sur 10 000, et encore moins d'ingénieurs, ont l'éducation et la formation nécessaires pour exploiter les outils quantiques".

Ainsi, la formation des scientifiques, des ingénieurs et, plus largement, des utilisateurs potentiels des technologies quantiques fait partie intégrante de la course aux technologies quantiques et pourrait faire échouer les meilleurs efforts si elle n'est pas prise en compte.

Allemagne

En août 2018, l'Allemagne a annoncé une initiative quantique de 650 millions d'euros ($ 745,9 millions - taux 7 nov. 2018), le programme-cadre "Les technologies quantiques - de la recherche au marché" (Technologies quantiques - des bases aux marchés - voir le officiel 48 pages pdf), qui couvre les années 2018-2022, soit quatre ans (voir aussi Andreas Thoss, "650 millions d'euros pour la recherche quantique en Allemagne“, LaserFocusWorld28 septembre 2018). Ce programme est un effort combiné du ministère fédéral allemand de l'éducation et de la recherche BMBF, du ministère de l'économie, du ministère de l'intérieur et du ministère de la défense (Thoss, Ibid.).

En plus des 100 millions d'euros par an ($114,7 millions) de financement gouvernemental pour la recherche quantique (ibid.), l'Allemagne investit donc 262,5 millions d'euros par an ($301,24 millions) dans le QIS.

À cela s'ajoute le financement qui sera fourni par le programme phare de l'UE, Quantum (voir ci-dessus).

Il est intéressant de noter que, conformément à notre point de vue sur l'importance de comprendre et d'imaginer un futur monde quantique, ainsi que sur la nécessité de développer une main-d'œuvre qualifiée dans le domaine quantique, le cadre allemand comprend une dimension liée à l'explication du QIS aux personnes (Ibid.).

En conséquence, la course à Quantum se présente désormais comme suit :

La course aux quanta : L'UE, les Pays-Bas et l'Allemagne - Vidéo 2

Les États-Unis

Les États-Unis soutiennent la recherche quantique depuis 20 ans (Interagency Working Group in QIS, "Faire progresser la science de l'information quantique : Défis et opportunités au niveau national"(22 juillet 2016). Plus récemment et progressivement, elle a commencé à intégrer son soutien dans un effort plus concerté.

En 2009, les États-Unis ont mis au point une "Vision fédérale pour les sciences de l'information quantique”. Ensuite, une coordination fédérale inter-agences sur la recherche quantique, le groupe de travail inter-agences sur les QIS, a été créée en octobre 2014 (Olivier Ezratty, "Qui gagnera la bataille de l'ordinateur quantique ?“, La Tribune25 juillet 2018). Il visait à développer et à coordonner les politiques, les programmes et les budgets pour la recherche QIS et comprenait "des participants des ministères du commerce, de la défense et de l'énergie, du bureau du directeur du renseignement national et de la Fondation nationale des sciences" (Demande d'informations sur la science de l'information quantique et les besoins de l'industrie américaine, 2015). Grâce à ces programmes et à d'autres, en 2016, "la recherche fondamentale et appliquée financée par le gouvernement fédéral dans le domaine des QIS" était "de l'ordre de $200 millions par an" (Groupe de travail interinstitutions sur les QIS, "Faire progresser la science de l'information quantique :…). Notez que Freeke Heijman-te Paske (Ibid.) estime le financement annuel américain en 2015 à 360 millions d'euros (environ $409 millions), soit deux fois plus que ce qu'estime le groupe de travail américain inter-agences. Nous utiliserons le chiffre américain, compte tenu de l'absence de sources dans le document des Pays-Bas.

Enfin, à l'automne 2018, le QIS a véritablement commencé à bénéficier d'une stratégie nationale couvrant non seulement les agences fédérales mais aussi les industries, ce que nous appelons ici un cadre global. Il est fort probable que la tension croissante avec la Chine, ainsi que les efforts et les succès chinois sur le terrain et dans d'autres domaines cruciaux de haute technologie émergents tels que l'IA ont joué leur rôle dans la préoccupation américaine.

Le 24 septembre 2018, le Bureau de la politique scientifique et technologique de la Maison Blanche (OSTP) a organisé une réunion pour "faire progresser le leadership américain dans le domaine des sciences de l'information quantique" (QIS), qui a rassemblé des "responsables de l'administration", dont "des responsables du Pentagone, de l'Agence de sécurité nationale, du Conseil de sécurité nationale de la Maison Blanche, de la NASA et des ministères fédéraux de l'énergie", l'agriculture, la sécurité intérieure, l'État et l'intérieur, "des experts universitaires dans le domaine des sciences de l'information quantique et des entreprises de premier plan, dont Google et IBM", ainsi que "JPMorgan Chase & Co", "Honeywell International Inc, Lockheed Martin Corp, Goldman Sachs Group Inc, AT&T Inc, Intel Corp, Northop Grumman Corp" (Nick Whigham, "La course internationale à la construction d'un ordinateur quantique s'intensifie avec le sommet de la Maison Blanche“, news.com.au25 septembre 2018 ; David Shepardson, "Key companies to attend White House quantum computing meeting", Reuters24 septembre 2018).

Ce jour-là, la Maison Blanche a publié le Aperçu stratégique national pour les sciences de l'information quantique, qui vise à "maintenir et étendre le leadership américain en matière de QIS afin de permettre des bénéfices futurs à long terme et la protection de la science et de la technologie créées par cette recherche...“.

Quelques jours avant, le 13 septembre, la Chambre des représentants approuvé le "H.R. 6227 : Loi sur l'initiative quantique nationale" de prévoir un programme fédéral coordonné pour accélérer la recherche et le développement quantiques pour la sécurité économique et nationale des États-Unis ", et " d'autoriser trois agences - le ministère de l'énergie (DOE), l'Institut national des normes et de la technologie (NIST) et la Fondation nationale des sciences (NSF) - à dépenser ensemble $1,275 milliard de 2019 à 2023 pour la recherche quantique ", c'est-à-dire pendant les cinq premières années de l'initiative décennale (Gabriel Popkin, "Mise à jour : La physique quantique attire l'attention du Congrès et offre de meilleures perspectives de financement“, Sciencele 27 juin 2018). Parallèlement, le ministère de la défense (DoD) joue également un rôle dans la promotion et le développement du QIS dans le cadre de son propre budget (Will Thomas, "Trump Signs National Defense Authorization Act for Fiscal Year 2019″, Institut américain de physique17 août 2018).

Sans compter le Pentagone, nous avons donc une dépense annuelle de $255 millions, soit une augmentation de 27,5% par rapport à la dépense annuelle globale estimée pour 2016 par le QIS. 

En plus ou plutôt avec ce programme fédéral, les États-Unis abritent un grand nombre des plus grandes entreprises travaillant sur le QIS - Alphabet (Google), Intel, IBM, Honeywell, Hewlett Packard, Microsoft, AWS (Amazon), ainsi que des startups prospères et prometteuses comme Rigetti et IonQ.

En nous concentrant sur le programme fédéral - en gardant à l'esprit que celui-ci ne représente pas exactement la réalité de l'effort américain dans la course aux sciences quantiques, car le secteur privé ne peut être fondamentalement exclu comme le montrera la vidéo 5 ci-dessous, notre cartographie se présente maintenant comme suit (notez qu'en l'absence de chiffre sur la recherche quantique après les cinq premières années du cadre global, nous n'en avons ajouté aucun, alors que des financements existeront probablement) :

La course aux quanta : L'UE, les Pays-Bas, l'Allemagne et les États-Unis - Vidéo 3

Chine

Les données relatives à la Chine sont tirées de l'excellent rapport d'Elsa B. Kania et de John K. Costello, L'HÉGÉMONIE QUANTIQUE ? Les ambitions de la Chine et le défi du leadership américain en matière d'innovationCNAS, septembre 2018.

À cela, nous avons ajouté l'estimation de Freeke Heijman-te Paske pour 2015 que nous avons provisoirement évalué pour durer, en plus d'autres financements plus récents, compte tenu de l'intention déclarée de la Chine de devenir un leader dans les nouvelles technologies, y compris le QIS.

En ce qui concerne les financements les plus récents, il convient de noter en particulier que, selon une introduction de Pan Jianwei (le scientifique à l'origine de l'effort chinois en matière de quanta) lors de la conférence d'étude théorique du groupe central du comité municipal de Hefei sur la communication quantique (également citée par Kania & Costello, fn 83) :

"Il est prévu d'investir 100 milliards de yuans en cinq ans [$14,39 milliards sur 5 ans, soit $2,878 milliards par an] pour le Laboratoire national d'information quantique de Hefei" Introduction Pan Jianwei. Rapporteur Zhang Pei, Anhui Business DailyLe 24 mai 2017.

Outre ces financements étatiques et publics, les géants chinois de la haute technologie s'engagent également dans le QIS, notamment Ali Baba et Baidu (Kania & Costello, Ibid.) (ceux-ci ne sont pas inclus dans la cartographie à ce stade).

Parallèlement, les efforts de développement d'applications pour le QIS sont encouragés par les administrations des provinces à l'Armée populaire de libération (APL), notamment par l'approche de la fusion civilo-militaire, et par les très grands consortiums militaires (Kania & Costello, Ibid.).

En conséquence, la course à Quantum, axée sur ce que nous savons du financement public de la Chine, se présente désormais comme suit :

La course aux quanta : L'UE, les Pays-Bas, l'Allemagne, les États-Unis et la Chine - Vidéo 4

Comme nous le voyons avec chacun des acteurs que nous avons ajoutés à notre cartographie, les perspectives de la course changent considérablement. Ce qui est particulièrement intéressant avec l'utilisation d'un graphique dynamique pour cartographier visuellement les acteurs, c'est que ce qui reste en général de très grosses sommes d'argent que nous avons du mal à comprendre vraiment, devient maintenant immédiatement comparable et compréhensible. En effet, l'utilisation de bords pondérés et de degrés pondérés pour la taille des acteurs implique que les comparaisons sont automatiquement intégrées dans la perspective visuelle de la carte.

En attendant, le nombre de nœuds, ici principalement des laboratoires de recherche et des programmes gouvernementaux, nous aide à mieux appréhender la notion d'écosystèmes.

Quantum IBM

Pour donner une meilleure idée des types d'acteurs concurrents et collaborateurs et des enjeux, malgré notre carte encore très incomplète, nous ajouterons un acteur privé du secteur des technologies de l'information.

Nous avons choisi IBM, notamment parce que c'est un acteur très avancé en termes de QIS. 

IBM, une société américaine, a commencé à faire des recherches sur l'informatique quantique vers 1996 ("IBM déverrouille les capacités de l'informatique quantique, lève les limites de l'innovation"4 mai 2016).

Le 4 mai 2016, elle a lancé L'expérience d'IBM Quantum (Communiqué de presse). Grâce à cette plateforme dans le nuage, elle a mis à la disposition du public et de ses clients ses ordinateurs quantiques, permettant ainsi leur utilisation, ce qui est fondamental dans la course aux quanta, comme nous l'avons vu. En 2017, la recherche en informatique quantique d'IBM est devenue IBM Q, une nouvelle division. En décembre 2018, deux ordinateurs 5 Qubits et un ordinateur 14 Qubits sont disponibles pour l'usage public, et un ordinateur 20 Qubits est réservé aux clients, tandis qu'un simulateur 32 Qubits est également en ligne (IBM Q). 

Selon le rapport annuel d'IBM (publié en avril 2018), "plus de 75 000 utilisateurs ont réalisé plus de 2,5 millions d'expériences quantiques. Une douzaine de clients, dont les partenaires JPMorgan Chase, Daimler AG, Samsung et JSR, explorent actuellement des applications pratiques". En novembre 2018, selon les données d'IBM, comme le montre la capture d'écran ci-dessous, 572 945 expériences ont été réalisées par différents utilisateurs sur leurs machines (L'expérience d'IBM Q). 

Selon Harriet Green, PDG d'IBM Asie Pacifique, "au cours des cinq dernières années seulement, IBM a investi plus de $38 milliards dans ces nouvelles capacités" (Jessa Tan, "IBM prévoit que l'informatique quantique se généralisera d'ici cinq ans“,  CNBC30 mars 2018).

La course aux quanta se présente maintenant comme dans la vidéo ci-dessous.

La course aux quanta : L'UE, les Pays-Bas, l'Allemagne, les États-Unis, la Chine et IBM - Vidéo 5

La vidéo montre la prédominance actuelle des États-Unis, grâce à son industrie informatique géante. A cela s'ajoutent les non moins grandes entreprises numériques chinoises, compte tenu notamment de leurs efforts pour proposer également de l'informatique quantique sur des plates-formes de cloud computing (par exemple Alibaba-CAS Ordinateur quantique supraconducteur - SQC), concurrençant ainsi directement IBM, tout en tenant compte d'autres éléments et caractéristiques de la course, pourrait à nouveau changer les perspectives de la course.

Pour l'instant, passons à un autre type d'acteur, le financement et plus particulièrement les fonds.

Vision Fund - Lancer le Japon, l'Arabie Saoudite et les E.A.U. dans les technologies quantiques

En 2016 et 2017, la très controversée Softbank japonaise a créé la méga high tech $100 milliards "Fonds pour la vision" (Jonathan Guthrie et Sujeet Indap, "Lex en profondeur : Le problème de crédibilité de la SoftBank“, Le Financial Times17 décembre 2018). Notamment, Softbank n'est le principal actionnaire de rien d'autre que le chinois Ali Baba, et détenait 29,11% du géant chinois le 2 novembre 2018 (Kristina Zucchi, "Les 5 principaux actionnaires d'Alibaba (BABA)", Investopedia). 

Annoncé le 14 octobre 2016, Vision Fund‘s La première clôture importante a eu lieu en mai 2017, et la clôture finale en mai 2018 (Arash Massoudi, Leo Lewis, et Patrick McGee, "Daimler mène de nouveaux investisseurs à la clôture du $100bn Vision Fund“, Le Financial Times10 mai 2018).

À l'origine du Vision Fund, il y a eu la rencontre de Masayoshi Son, l'investisseur technologique japonais milliardaire, fondateur, président et directeur général de Softbank, et du prince saoudien Mohammed bin Salman al-Saud, également connu sous le nom de MBS (Arash Massoudi, Kana Inagaki et Simeon Kerr, "Le mariage $100bn : Comment le fils de SoftBank a courtisé un prince saoudien“, Le Financial Times, 19 octobre 2016). 

En tant que grands investisseurs, nous trouvons donc non seulement le Royaume saoudien mais aussi les E.A.U., deux grands pays du Golfe qui doivent se diversifier à partir du pétrole. Le fonds est "soutenu par un engagement de $45 milliards du Fonds d'investissement public du royaume [saoudien]", ce qui représente 45% du total ($17 milliards en fonds propres et $28 milliards en dette), et par un engagement de $15 milliards de l'U.A.E. Abu Dhabi's Mubadala Investment Company, soit 15% du total ($9,3 milliards en dette et $5,7 milliards en fonds propres) (Andrew Zhan & Adam Augusiak-Boro, "SoftBank : Vision or Delusion", Equity-Zen(août 2018, en utilisant les données de recherche du CE de 2017). Les liens entre la Softbank et l'Arabie Saoudite sont suffisamment forts pour avoir été réaffirmés le 5 novembre 2018, malgré l'affaire Khashoggi (Kana Inagaki, Ibid.).

Les autres investisseurs vont d'Apple à Daimler en passant par la Foxconn taïwanaise (Massoudi et al., "Daimler...", Ibid.).

Vision Fund est le fonds "le plus grand fonds technologique du monde" (Kana Inagaki, "SoftBank réaffirme ses liens d'investissement avec l'Arabie Saoudite"., Le Financial Times5 novembre 2018). Elle détient déjà 25 % de ARMLe fabricant britannique de puces, comme une contribution en nature de Softbank. A noter au passage qu'ARM est l'un des candidats retenus par l'Initiative européenne pour les processeurs (EPI) dans la course à l'informatique à l'échelle de l'exil (Leslie Versweyveld, “L'initiative européenne sur les processeurs (EPI) pour développer le processeur qui sera au cœur de l'effort européen en matière de supercalculateurs à l'échelle de l'exasphère“, e-IRG10 avril 2018 ; Hélène Lavoix, "Gagner la course à l'informatique à l'échelle industrielle - Intelligence artificielle, puissance de calcul et géopolitique (4)“, The Red Team Analysis Society24 septembre 2018).

Bien que le Vision Fund s'intéresse à toutes les technologies qui pourraient "accélérer la révolution de l'information" et non pas spécifiquement aux technologies quantiques (site web), compte tenu de sa taille et du montant de l'investissement minimum qu'il réalise (Andrew Zhan & Adam Augusiak-Boro, "SoftBank : Vision or Delusion", Equity-Zen(août 2018), elle pourrait néanmoins avoir un impact considérable sur l'EQI.

En effet, si les technologies quantiques ne sont pas mentionnées sur Site web du Vision FundEn 2017, les médias spécialisés ont fait état de l'intérêt du Fonds pour les technologies quantiques. Selon Bloomberg Quint, "Shu Nyatta, qui aide à investir l'argent pour le fonds, a déclaré que le groupe voulait trouver et soutenir la société dont le matériel ou le logiciel d'informatique quantique qui fonctionne au sommet deviendrait la "norme industrielle de facto" (Jeremy Kahn, "Le fonds pour la vision de SoftBank envisage d'investir dans l'informatique quantique,” Bloomberg Quint26 juin 2017) :

"Nous sommes heureux d'investir suffisamment pour créer cette norme autour de laquelle toute l'industrie peut se rassembler", a déclaré Shu Nyatta, Vision Fund, dans un rapport de Bloomberg,Ibid.

L'impact pourrait être d'autant plus important qu'un deuxième fonds de $100 milliards supplémentaires semble être prévu, dans lequel l'Arabie saoudite investirait à nouveau à parts égales (Riad Hamade, Matthew Martin, et Archana Narayanan, "L'Arabie Saoudite double sa mise sur les SoftBank avec $45 milliards supplémentaires“, Bloomberg,5 octobre 2018). 

Comme le Vision Fund ne semble pas encore avoir investi dans le QIS, il n'est inclus dans la cartographie que comme un acteur "prêt à entrer dans la course". Il ne doit cependant pas être ignoré, car il s'agit d'un acteur potentiellement très perturbateur compte tenu de son poids et de ses investisseurs. En effet, on peut s'interroger sur les conséquences politiques, stratégiques, financières et industrielles potentielles de voir le Vision Fund entrer massivement dans le capital d'une société sensible à la sécurité, ou ne pas entrer dans son capital mais favoriser un concurrent, par exemple d'un pays adverse. Le poids potentiel et changeant de l'Arabie Saoudite et des E.A.U. doit également être souligné et mérite une analyse stratégique détaillée (à venir).

Voici donc notre cartographie incluant le méga Fonds Vision. Notez que les bords du Vision Fund correspondent à des investissements en capital et non à des investissements ou des financements annuels comme pour le reste du mapping. Nous l'avons néanmoins conservé ainsi pour le fonds, car l'investissement en capital représente également une influence continue et des bénéfices futurs.

La course aux quanta : L'UE, les Pays-Bas, l'Allemagne, les États-Unis, la Chine, IBM et Vision Fund - Vidéo 6

Tout au long de ces cartographies, nous avons montré la complexité de la course aux technologies quantiques, en soulignant l'importance de la cartographier avec un outil adéquat. Une analyse et une conclusion plus poussées exigeraient de compléter la cartographie, ainsi que d'inclure pleinement toutes les caractéristiques de la course. Compte tenu des enjeux, c'est un outil que chaque acteur devrait utiliser avant de prendre des décisions stratégiques.

Image en vedette : "Majoranas on Honeycomb" de Jill Hemman - Les images de l'ORNL Art of Science présentent des effets de visualisation, la recherche sur les neutrons - 2018 Director's Choice - Cette visualisation illustre des neutrons (ligne bleue) se diffusant sur un matériau en nid d'abeille semblable au graphène, produisant une excitation qui se comporte comme un fermion de Majorana - une particule mystérieuse qui est aussi sa propre antiparticule (onde verte). La visualisation soutient les recherches d'Arnab Banerjee, Mark Lumsden, Alan Tennant, Craig Bridges, Jiaqiang Yan, Matthew Stone, Barry Winn, Paula Kelley, Christian Balz et Stephen Nagler. Domaine public.

Bibliographie sélectionnée

“Un académicien de la CAS est invité à la conférence d'étude théorique du groupe central du comité municipal de Hefei sur la communication quantique” [中科院院士做客合肥市委中心组理论学习会讲量子通信Anhui Business Daily, 24 mai 2017 .

Crane et al, Évaluation de l'impact économique futur de la science de l'information quantiqueIDA, août 2017.

Service de recherche du Congrès, Federal Quantum Information Science : Une vue d'ensemble2 juillet 2018.

Kania, Elsa B. & John K. Costello, L'HÉGÉMONIE QUANTIQUE ? Les ambitions de la Chine et le défi du leadership américain en matière d'innovationCNAS, septembre 2018.

Académies nationales des sciences, de l'ingénierie et de la médecine. 2018. L'informatique quantique : Progrès et perspectives. Washington, DC : The National Academies Press. https://doi.org/10.17226/25196.

Newman, Mark, "La structure et la fonction des réseaux complexes“. Révision de la SIAM 56, 2003,167-256, pp.168-169

Bureau du gouvernement britannique pour la science, "L'ère quantique : les opportunités technologiques”, 2016