Quantique de défense : la prochaine révolution militaire ?

Yoanna-Reine Nowicki-Bringuier, chef du Laboratoire quantique défense de l'Agence de l'innovation de défense, répond à Alexandre Jubelin dans Le Collimateur sur une question qui intimide : que vont changer les technologies quantiques pour les armées ? Physicienne, elle démystifie les principes, distingue capteurs, communications et calcul, raconte la course mondiale et l'accélération des progrès, et explique pourquoi les capteurs de navigation arriveront avant l'ordinateur quantique sur le terrain.

Le quantique, une affaire d’échelle

Alexandre Jubelin reçoit dans Le Collimateur Yoanna-Reine Nowicki-Bringuier, chef du Laboratoire quantique défense de l’Agence de l’innovation de défense (AID), pour démêler ce que les technologies quantiques peuvent changer dans le monde militaire. Physicienne, elle a consacré sa thèse, il y a plus de vingt ans, aux atomes artificiels dans les semi-conducteurs. Elle veut d’abord démystifier : la physique quantique décrit simplement ce qui se passe à une échelle un milliard de fois plus petite que la nôtre, où les particules n’ont plus que des niveaux d’énergie précis, dits quantifiés, très sensibles à leur environnement. Elle distingue trois grands domaines d’application. La métrologie, d’abord : mesurer ces niveaux d’énergie permet des capteurs ultra précis de gravité, de champ magnétique ou de temps. Les télécommunications, ensuite, qui cherchent à transmettre l’information sur des photons uniques et à exploiter le fait qu’une mesure détruit l’état quantique, ce qui rendrait un espion détectable. Le calcul, enfin, où la superposition permet à un qubit d’être « un petit peu 0, un petit peu 1 », ouvrant une informatique qui manipule des probabilités plutôt que des états certains. Elle évoque aussi l’intrication, qui intéresse les communications mais aussi les capteurs, à un stade encore très peu mature.

Elle insiste sur un point : tout le monde utilise déjà des dispositifs quantiques, à commencer par le laser, fondé sur l’émission stimulée.

Du laboratoire au produit : froid extrême, pièges optiques et course mondiale

La difficulté, explique la chercheuse, commence quand il faut manipuler les particules une par une : il faut les isoler de leur environnement, parfois à quelques dizaines de millikelvins, soit environ moins 272 degrés Celsius, dans de gros cryostats, ou les piéger avec des lasers. Chaque technologie a ses avantages et ses inconvénients, et nul ne sait encore laquelle sera la plus facile à mettre en œuvre. Des prototypes d’ordinateurs quantiques existent et se vendent, mais avec trop peu de qubits pour des calculs complexes. La compétition est forte et duale : les États-Unis, l’Europe, la France et la Chine investissent, la Chine de façon plus opaque, et le calcul attire aussi les grands groupes du numérique et des capitaux privés. Elle juge l’accélération « plutôt exponentielle » depuis ses débuts : des start-up sont nées, des cryostats ne demandent plus d’être branchés en permanence sur l’hélium, et des capteurs quantiques volent déjà dans l’espace, comme le magnétomètre de la mission Swarm de l’Agence spatiale européenne lancée en 2013.

Elle compare la situation aux débuts de l’informatique et du laser : des machines qui occupaient une pièce entière avant de tenir dans la poche, sans pouvoir dire à quelle échéance.

Capteurs d’abord, ordinateur ensuite : les usages militaires

Pour Yoanna-Reine Nowicki-Bringuier, les premiers objets militaires à intégrer du quantique seront les capteurs, déjà étudiés par les armées depuis longtemps : gravimètres, magnétomètres, horloges, accéléromètres et centrales inertielles, avec un enjeu majeur, naviguer sans GPS ni accès aux satellites, notamment dans le domaine maritime. À long terme, elle place pourtant l’ordinateur quantique en tête pour l’impact : elle cite des chercheurs qui projettent qu’un calcul de structure atomique prenant trois millions d’années sur un ordinateur classique pourrait en prendre trois heures. Les applications visées touchent d’abord la physique des matériaux et la chimie, dans des centres de recherche plutôt que sur le terrain. C’est l’un des enjeux du laboratoire qu’elle monte : identifier les cas d’usage où ce calcul sera pertinent pour la défense, et s’y préparer dès maintenant pour un horizon de cinq à quinze ans.

Les communications quantiques viennent en troisième position : il faudra d’abord maîtriser les capteurs et le calcul avant de les faire communiquer, un champ où, dit-elle, « tout reste à faire ».

Pour aller plus loin

• Rapport sur l’essor des inventions dans les technologies quantiques (bibliographie de l’épisode)

Les références de l’épisode

• Agence de l’innovation de défense (AID) : dont l’invitée dirige le Laboratoire quantique défense.
• Laser et émission stimulée : exemple de dispositif quantique déjà présent au quotidien.
• Mission Swarm : mission de l’Agence spatiale européenne lancée en 2013, citée pour la magnétométrie dans l’espace.
• Centre des études de sécurité de l’Ifri et DGRIS du ministère des Armées : partenaires du podcast.

Au fil de l’épisode

• 00:02:15 : les principes de la physique quantique
• 00:08:00 : les propriétés les plus utilisables : niveaux d’énergie, superposition, intrication
• 00:22:30 : comment mettre en œuvre le quantique, du laser aux cryostats
• 00:32:30 : la compétition mondiale dans le développement du quantique
• 00:42:00 : le rythme du progrès
• 00:48:00 : les premiers objets militaires intégrant du quantique

FAQ

Qui est Yoanna-Reine Nowicki-Bringuier ?

Yoanna-Reine Nowicki-Bringuier est chef du Laboratoire quantique défense de l’Agence de l’innovation de défense. Physicienne, elle a fait sa thèse de doctorat il y a plus de vingt ans sur les atomes artificiels dans les semi-conducteurs. Son laboratoire doit identifier les cas d’usage militaires des technologies quantiques et préparer les armées à leur arrivée.

Quelles technologies quantiques intéressent la défense ?

Selon l’invitée, trois domaines : les capteurs et la métrologie, qui mesurent gravité, champ magnétique ou temps avec une précision inédite ; les communications, qui transmettraient l’information sur des photons uniques de façon plus sûre ; et le calcul quantique, fondé sur des qubits capables d’être en superposition d’états, aux promesses considérables mais encore difficile à mettre au point.

Quels seront les premiers équipements militaires quantiques ?

D’après Yoanna-Reine Nowicki-Bringuier, ce seront les capteurs, la technologie la plus mature : gravimètres, magnétomètres, horloges et centrales inertielles. Leur premier intérêt est la navigation sans GPS ni satellites, très recherchée dans le domaine maritime. L’ordinateur quantique aura selon elle le plus d’impact, mais à un horizon de cinq à quinze ans.

Pourquoi l’ordinateur quantique est-il si difficile à construire ?

Parce qu’il faut manipuler les particules une par une sans perdre l’information qu’elles portent, explique la chercheuse. Il faut donc les isoler de leur environnement, parfois à quelques dizaines de millikelvins dans des cryostats, ou les piéger avec des lasers, puis améliorer la qualité des qubits, leur bruit et leur communication, tout en inventant des algorithmes adaptés.