MeluXina est particulièrement impressionnant lorsque les lumières sont éteintes. Les LED rouges et vertes du supercalculateur, réparties sur ses trois rangées d’armoires, brillent alors comme un ciel étoilé. L’une d’entre elles abrite le supercalculateur lui-même, avec ses près de 100 000 cœurs de processeur, tandis que les deux autres contiennent les mémoires, d’une capacité totale de 20 000 téraoctets. MeluXina a été installé il y a quatre ans sur le campus informatique de LuxConnect à Bissen et a été mis en service en juin 2021. Le Luxembourg participe ainsi à EuroHPC, l’initiative de l’UE en matière de calcul haute performance. L’investissement de 30 millions d’euros a été financé à 65 % par le Trésor public et à 35 % par EuroHPC.
Lorsque l’EuroHPC a annoncé en décembre avoir attribué au Luxembourg le marché pour la construction d’une « AI Factory », cela signifiait que MeluXina allait se doter d’une sœur encore plus puissante, MeluXina-AI, également située sur le campus de Bissen. La nature exacte de ce supercalculateur sera déterminée à l’issue de l’appel d’offres. En tout état de cause, il devrait disposer d’une puissance de calcul graphique bien supérieure à celle de son prédécesseur et le remplacer progressivement. 112 millions d’euros devraient y être investis ; l’État luxembourgeois et l’EuroHPC en supporteront les coûts à parts à peu près égales. Les six autres « centres » dédiés au développement, aux tests et à la formation en intelligence artificielle devraient voir le jour en Espagne, en Italie, en Suède, en Finlande, en Allemagne et en Grèce.
L’ordinateur quantique, dont on parle depuis octobre, est d’un tout autre calibre. Il s’appellera MeluXina-Q et sera également installé à Bissen-zu-Hausen. Il s’agit là aussi d’un projet mené en collaboration avec EuroHPC. L’investissement de 17 millions d’euros est partagé à parts égales entre l’État et EuroHPC. L’ordinateur quantique ne sera pas constitué d’armoires remplies de serveurs d’où jaillissent des lumières multicolores. Vu de l’extérieur, il ressemblera surtout à un réservoir, un conteneur. Le contrat attribué à MeluXina-Q, que le Luxembourg a obtenu de l’EuroHPC le 21 octobre, comprend notamment pour mission d’emprunter une voie relativement nouvelle dans la production de « bits quantiques ». L’espoir est que ces puces quantiques puissent être rapidement mises à l’échelle. On commencera par dix bits quantiques, ou Qbits, et on tentera d’atteindre rapidement les 80, ont déclaré l’EuroHPC et le ministre luxembourgeois de l’Économie, Lex Delles, lors d’une conférence de presse commune le 21 octobre.
« Quatre-vingts » peut sembler peu, mais le calcul quantique est très différent de celui des ordinateurs classiques que l’on connaît. Les puces de MeluXina-Q sont refroidies à l’hélium liquide jusqu’à une température proche du zéro absolu ; d’où la présence du réservoir. C’est déjà certain, même si EuroHPC doit encore lancer un appel d’offres pour trouver le fournisseur de cette technologie. Selon le ministère de l’Économie, cela devrait avoir lieu dans les prochains mois.
De nouvelles puces et des températures extrêmement basses : cela laisse déjà entrevoir que l’ordinateur quantique ne sera pas un appareil que l’on allume pour lui confier immédiatement des tâches aussi complexes que celles que certains médias laissaient entendre ces cinq dernières années, comme si elles étaient à nos portes. Dans la recherche sur les matériaux, la biomédecine ou encore la recherche climatique, par exemple. Ou encore pour déchiffrer des codes – ce qui peut faire des ordinateurs quantiques une menace pour la sécurité des données et la vie privée, à moins que l’on ne développe, grâce à eux également, des méthodes de chiffrement encore plus difficiles à « pirater ». Mais tout cela n’est encore qu’une perspective d’avenir. Les ordinateurs quantiques restent une technologie expérimentale. Pour le gouvernement CSV-DP, comme pour son prédécesseur, la question politique était la suivante : « Voulons-nous nous engager dans ce domaine ? », a déclaré le ministre de l’Économie, M. Delles, au journal Land. Cette technologie étant celle de l’avenir, le Luxembourg s’y intéresse. L’ordinateur quantique s’intègre bien dans l’« écosystème » constitué de supercalculateurs et de centres de données. Mais selon lui, il faut d’abord créer un autre « écosystème », celui des compétences : « Comment exploiter un ordinateur quantique, au juste ? » Mettre MeluXina-Q à la disposition de la recherche et de l’industrie constituerait alors la deuxième étape et s’inscrirait « davantage à moyen terme », selon Lex Delles.
Le monde scientifique a commencé à s’intéresser au concept d’« ordinateur quantique » dès les années 80. Alors que les ordinateurs numériques classiques reposent sur la logique binaire, dans laquelle un bit peut prendre deux états, zéro ou un, les ordinateurs quantiques exploiteraient les propriétés décrites par la mécanique quantique pour le domaine subatomique, c’est-à-dire pour tout ce qui est plus petit qu’un atome. Un quanta, un électron par exemple ou une particule de lumière, peut posséder plusieurs propriétés à la fois ; un qubit aurait à la fois zéro et un. Ou bien il pourrait présenter un nombre illimité d’états intermédiaires ; tout dépend du point de vue adopté. Comme les particules quantiques peuvent être « intriquées » les unes avec les autres et partager ainsi leurs propriétés, les possibilités de communication au sein d’un ordinateur quantique seraient immenses. Et rapides. Du moins en théorie.
Dans les laboratoires de recherche, plusieurs approches sont testées pour générer ces qubits aux propriétés mystérieuses et leur permettre de communiquer entre eux. Dans un « piège à ions », par exemple, ce sont des ions (des atomes chargés électriquement) qui servent de qubits. Ils sont maintenus dans un champ magnétique et activés par laser. Une autre méthode utilise des supraconducteurs : en dessous d’une température très basse, la résistance électrique de nombreux métaux devient pratiquement nulle. Dans les ordinateurs quantiques basés sur ce principe, ce sont des courants circulant sans résistance qui forment les qubits. C’est notamment la solution à laquelle ont recours Google et IBM.
Le concept d’EuroHPC qui sous-tend le projet luxembourgeois est encore différent, mais il nécessitera lui aussi des températures très basses. Pour les puces informatiques classiques à base de silicium, la miniaturisation atteint ses limites. Une simple puce de smartphone contient déjà plusieurs millions de transistors, répartis sur des structures d’une épaisseur d’environ cinq nanomètres seulement. Avec des structures encore plus petites, de l’ordre de trois nanomètres peut-être, des effets quantiques risquent d’apparaître : des états imprévisibles et incontrôlables dans les circuits. MeluXina-Q tentera d’en faire des qubits. Ceux-ci devraient devenir contrôlables une fois la puce refroidie à une température proche du zéro absolu. À cette température, les particules ne se déplacent alors que très, très lentement.
Comparée à la supraconductivité ou au piège à ions, cette technologie est encore récente et moins éprouvée. Mais, comme l’explique Christian Pauly, physicien des semi-conducteurs titulaire d’un doctorat et travaillant au ministère de l’Économie au sein de la Cellule Data Economy : si l’on parvenait à regrouper, sur des puces en silicium, des segments de semi-conducteurs pour former des « points quantiques » donnant lieu à des qubits fonctionnels, et à en disposer d’abord de dix, puis peut-être de 50 et plus tard de 80, la poursuite de la mise à l’échelle ne serait alors plus qu’une question de technologie de fabrication, qui existe déjà dans l’industrie. Le silicium n’étant pas un matériau rare, il serait possible de mettre en place une chaîne d’approvisionnement européenne sûre pour ces puces quantiques. Ce qui n’est pas négligeable en ces temps de turbulences géopolitiques.
Ces considérations ont incité EuroHPC à lancer un deuxième appel d’offres pour un ordinateur quantique, à l’issue duquel le Luxembourg, aux côtés d’un projet aux Pays-Bas, a remporté le marché. Cinq autres projets, notamment en Allemagne et en Finlande et utilisant d’autres technologies de qubits, avaient déjà été retenus auparavant. La Commission européenne, qui soutient EuroHPC, considère que le matériel quantique est « ouvert sur toutes les technologies ». Certes, il n’y a pas autant de fabricants de puces quantiques à base de silicium que de puces utilisant des supraconducteurs ou des pièges à ions. Le ministère de l’Économie recense toutefois quatre à cinq start-ups européennes qui s’efforcent de développer cette approche. Il en existe d’autres en dehors de l’Europe.
Si l’aspect matériel de MeluXina-Q est déjà une véritable aventure, l’aspect logiciel l’est tout autant. En 2024, le supercalculateur MeluXina a traité au total 400 tâches de calcul de différentes envergures, comme l’indique LuxProvide, l’exploitant de MeluXina, sur son site Internet. Parmi celles-ci figuraient des tâches issues de la recherche et de l’industrie allemandes, mais aussi de la Grande Région, du reste de l’Union européenne et du Japon. Dans le classement Top500, établi deux fois par an par un collège international de scientifiques, MeluXina occupait, en novembre 2024, la 112e place parmi les 500 supercalculateurs les plus puissants au monde. On ne sait pas encore très bien quand les premières tâches pourront être traitées sur l’ordinateur quantique, dont l’installation est prévue dans le courant de l’année prochaine. Sa mise en service est prévue pour 2028. Mais parallèlement, il faut développer les compétences nécessaires. LuxProvide, filiale de LuxConnect, assurera également l’exploitation de l’ordinateur quantique. Il en va de même pour le supercalculateur d’IA MeluXina-AI. « Nous disposons actuellement de deux équipes dédiées au calcul quantique », indique Valentin Plugaru, directeur technique de LuxProvide. Il en est conscient : le calcul quantique est tout sauf simple. Pour pouvoir poser des questions pertinentes à un ordinateur quantique, il faut des algorithmes dans lesquels ces questions sont intégrées. « Pour développer ces algorithmes, nous programmons au plus près de la puce quantique. C’est comme dans les années 60 avec les puces informatiques de l’époque. »
C’est d’ailleurs dans la nature même des choses : si une particule subatomique, capable de posséder plusieurs propriétés à la fois, échappe déjà à l’imagination humaine, les ordinateurs quantiques et leur utilisation constituent un défi fondamental pour la logique. Les états quantiques ne sont pas seulement fragiles. La théorie qui les sous-tend affirme également qu’ils s’effondrent inévitablement dès que l’on a déterminé l’état d’un quantum ou d’un qubit.
C’est notamment pour cette raison qu’aucun ordinateur quantique n’a encore résolu de problèmes concrets à ce jour. Tout cela appartient à l’avenir. Le marketing aussi. En 2019, Google a affirmé avoir résolu, à l’aide d’un ordinateur quantique, en trois minutes et vingt secondes, un problème mathématique pour lequel un supercalculateur aurait mis 10 000 ans. Cette affirmation s’est avérée exagérée : des chercheurs chinois ont effectué le même calcul sur un supercalculateur en un peu plus de cinq minutes. Il y a deux ans, une équipe d’IBM s’est rapprochée des applications pratiques en simulant, à l’aide d’un ordinateur quantique de 127 qubits, le comportement de 127 aimants en forme de tige de la taille d’un atome dans un champ magnétique. Le résultat a été obtenu en un millième de seconde, mais a été jugé imprécis. En raison des relations difficiles à maîtriser entre les qubits, les résultats quantiques sont considérés comme « bruités », c’est-à-dire entachés d’erreurs. La réduction de ces erreurs est un enjeu majeur. Début décembre, Google a déclaré avoir dépassé, grâce à une nouvelle puce quantique, le seuil de correction d’erreurs que les laboratoires de recherche tentent d’atteindre depuis des décennies.
Ces réflexions occupent également LuxProvide. Sur MeluXina, on reproduit des qubits et on simule comment obtenir des résultats présentant le moins de bruit possible. Ou comment obtenir les probabilités les plus élevées possibles que le calcul soit correct. Des algorithmes sont développés afin de permettre une communication pertinente avec MeluXina-Q. L’ordinateur quantique et le supercalculateur doivent se compléter, explique Valentin Plugaru. Les prochaines décennies montreront quand il sera possible d’apporter des réponses à des questions pratiques en science des matériaux ou en chimie. « Les ordinateurs quantiques sont une nouveauté pour tout le monde. Mais il faut préparer l’avenir. »
