Le pilotage automatique rencontre le monde quantique
Dans notre quotidien, les systèmes de contrôle sont partout : ils permettent de stabiliser un avion en vol, de maintenir une température constante ou encore d’assurer l’équilibre d’un robot. Leur principe est simple : observer l’état d’un système, comparer cette information à l’objectif recherché, puis corriger les écarts éventuels. En automatique, on parle de boucle de rétroaction (feedback), un mécanisme éprouvé depuis des décennies dans les systèmes industriels et permettant d’adapter en permanence le comportement d’un système aux perturbations extérieures.
Les briques élémentaires de ces technologies, les qubits, exploitent les lois de la mécanique quantique pour stocker et traiter l’information. Contrairement à un bit classique, de valeur 0 ou 1, un qubit peut se trouver dans plusieurs états simultanément. Cette propriété, la « superposition quantique », est l’une des clés de la puissance des technologies quantiques. Mais elle les rend extrêmement sensibles à leur environnement, au risque de perturber l’état du système et provoquer une perte progressive de ses propriétés quantiques. Ce phénomène, appelé décohérence, constitue aujourd’hui l’un des principaux obstacles au développement de dispositifs quantiques fiables et capables de fonctionner à grande échelle.
L’enjeu est double : comprendre ces systèmes et apprendre à les contrôler sans les détruire. C’est précisément le but du projet ERC Q-Feedback, dont le workshop marquait l’aboutissement tout en ouvrant de nouvelles perspectives de recherche, ces travaux illustrant pleinement l’identité de l’établissement.
Cet ERC a été un catalyseur. Il a permis de développer des équipements, de rapprocher des équipes et de créer des interactions fécondes entre théorie, expérimentations et applications industrielles. Ce travail collectif nous place dans une excellente position pour prendre part à ce qui devient une politique française ambitieuse, à la fois industrielle et scientifique, autour des technologies quantiques.
Godefroy Beauvallet, directeur général de Mines Paris – PSL
Une communauté internationale pour relever le défi du contrôle quantique
Pendant quatre jours, chercheuses et chercheurs issus des plus grandes institutions internationales ont confronté leurs approches. Physiciens expérimentateurs, spécialistes de la théorie du contrôle, mathématiciens et ingénieurs ont échangé sur les moyens de rendre les systèmes quantiques plus stables, plus fiables et capables de fonctionner à une échelle compatible avec les futures applications industrielles.
Michel Devoret, professeur à l’Université de Californie à Santa Barbara et pionnier mondial des circuits supraconducteurs, est revenu sur quarante années de recherches ayant conduit à l’émergence des « atomes artificiels ». Ces circuits électriques fabriqués à partir de matériaux supraconducteurs et refroidis à des températures proches du zéro absolu, et dont le comportement obéit aux lois de la mécanique quantique, sont aujourd’hui au cœur des processeurs quantiques les plus avancés.
Contrairement aux atomes naturels, ces systèmes peuvent être conçus et ajustés par les chercheurs. En modifiant la géométrie du circuit ou les composants qui le constituent, il est possible de contrôler certaines de leurs propriétés fondamentales, comme leurs niveaux d’énergie ou leurs interactions avec d’autres qubits.
« Le grand avantage de ces systèmes est qu’ils permettent de passer continûment de la situation classique à la situation quantique. »
Michel Devoret, professeur à l’Université de Californie à Santa Barbara au sein du Quantum AI Lab et Prix Nobel de Physique 2025
Cette maîtrise jète les bases de processeurs quantiques de plus en plus puissants. Mais elle soulève aussi une question fondamentale : comment maintenir un état quantique stable alors que toute mesure ou interaction risque de le perturber ? Pour Michel Devoret, la réponse réside dans l’apport de l’automatique classique, déjà largement utilisée dans les systèmes industriels : observer l’état du système, en estimer l’évolution, puis agir en temps réel pour corriger les écarts. L’un des enjeux actuels est d’adapter ces méthodes au monde quantique, où l’observation elle-même modifie le système observé.
Michel Devoretet et Pierre Rouchon au workshop « Dynamique et contrôle des systèmes classiques et quantiques ».
Repenser le contrôle à l’échelle du qubit
Christiane Koch, professeure à la Freie Universität Berlin et spécialiste internationale du contrôle quantique a présenté ses travaux dont l’objectif est de déterminer comment piloter un système quantique de la manière la plus efficace possible.
Dans les représentations théoriques, les ordinateurs quantiques apparaissent souvent comme de vastes réseaux de qubits reliés entre eux, sur lesquels s’enchaînent des opérations logiques parfaitement maîtrisées. Mais entre ces schémas idéalisés et les dispositifs expérimentaux, la réalité est beaucoup plus complexe. Chaque plateforme technologique possède ses propres contraintes physiques, ses imperfections et ses limites. Pour la chercheuse, c’est précisément à cette échelle que se joue l’avenir des technologies quantiques :
Le contrôle et l’ingénierie quantiques se jouent au niveau du matériel physique. Lorsque l’on parle avec les expérimentateurs, il faut toujours revenir à cette réalité.
Christiane Koch, professeure de physique théorique à la Freie Universität Berlin
Les méthodes de contrôle développées par Christiane Koch permettent notamment d’optimiser les impulsions électriques, magnétiques ou lumineuses utilisées pour manipuler les qubits, afin d’accélérer certaines opérations tout en limitant les erreurs. Plus largement, ses travaux invitent à repenser la conception même des technologies quantiques. Des phénomènes longtemps considérés comme des contraintes, tels que certaines interactions avec l’environnement ou des pertes d’énergie difficiles à éviter, peuvent parfois être mis à profit pour rendre les systèmes quantiques plus stables ou plus faciles à contrôler.
Cette réflexion illustre l’une des tendances fortes de la recherche actuelle : à mesure que les technologies quantiques se rapprochent d’applications concrètes, leur développement dépend autant de la maîtrise des phénomènes physiques que des avancées algorithmiques ou théoriques. Le défi n’est plus seulement de démontrer ce qui est possible en théorie, mais de déterminer ce qui est réalisable, fiable et efficace dans un dispositif réel.
Christiane Koch et Pierre Rouchon au workshop « Dynamique et contrôle des systèmes classiques et quantiques ».
Un catalyseur pour la recherche quantique française et européenne
Au-delà des avancées scientifiques, le workshop a mis en lumière le rôle structurant du projet ERC Advanced Grant Quantum Feedback Engineering (Q-Feedback) dans la constitution d’un écosystème de recherche associant Mines Paris – PSL, l’ENS – PSL, l’Inria et de nombreux partenaires académiques et industriels. Q-Feedback a joué un rôle de catalyseur, favorisant l’acquisition d’équipements de pointe, le recrutement de nouveaux chercheurs et le renforcement des collaborations interdisciplinaires.
Ce workshop a montré qu’il ne s’agissait pas d’un point final, mais d’un nouveau départ. Les échanges entre les grandes figures internationales du domaine, parmi lesquelles également Jean-Michel Coron, professeur à Sorbonne Université et membre de l’Académie des sciences, Karine Beauchard, professeure à l’ENS Rennes et prix Michel-Monpetit – INRIA de l’Académie des sciences, ou encore Nicolas Petit, enseignant-chercheur au CAS et également prix Michel-Monpetit – INRIA de l’Académie des sciences, ont illustré la vitalité d’une communauté scientifique fondamentalement interdisciplinaire.
À l’heure où les technologies quantiques entrent dans une phase d’accélération mondiale, Mines Paris – PSL affirme ainsi son rôle de trait d’union entre recherche fondamentale, théorie du contrôle et innovations industrielles, au service des futurs calculateurs et réseaux quantiques.
