Total dévoile ses recherches dans l'utilisation du calcul quantique lors du Quantum Computing in Paris-Saclay

Au milieu de présentations des acteurs français majeurs du calcul quantique qui défilaient lors de Quantum Computing in Paris-Saclay, un événement en ligne organisé le 20 octobre, Total est venu faire le point sur son implication dans le domaine, en tant qu'utilisateur final. Si elles n’en sont encore qu’à l’étape de recherche, les ambitions quantiques du géant français de l’énergie sont bien plus que des simples velléités.

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Total dévoile ses recherches dans l'utilisation du calcul quantique lors du Quantum Computing in Paris-Saclay

Les gros consommateur de calcul intensif se lancent peu à peu dans l'aventure quantique. Et pour cause, avec l'accélération de la course aux processeurs quantiques menée par Google, IBM et Intel, des puces quantiques permettant d'accélérer radicalement certains calculs pourraient être opérées d'ici à 2023, selon Atos.

Présent lors de l'événement en ligne « Quantum Computing in Paris-Saclay » du 20 octobre, Total est l'un des ces early adopters du quantique. Marko Rancic, responsable de l’informatique quantique chez Total, a détaillé comment le géant français des énergies expérimentait déjà le calcul quantique pour résoudre quatre défis, divisés en trois sous-projets au sein de la firme : l’optimisation combinatoire afin d’atteindre son objectif « zéro émission carbone » d’ici 2050 (trajectoire des véhicules Total, planification de la production, optimisation de l’installation des stations de recharge de véhicules électriques…), la résolution d’équations physiques et la modélisation des systèmes chimiques et des matériaux (captation de CO2, batteries, stockage de l’hydrogène…).

Machines à recuit quantique pour l'optimisation

« Nous avons bien avancé dans notre utilisation des machines à recuit quantique pour améliorer des tâches d’optimisation, commence Marko Rancic. Dans ce domaine, nous avons un accord avec la start-up américaine QCWare [qui fournit des couches logicielles pour l’utilisation d’algorithmes quantiques émulés sur des calculateurs dans le cloud, ndlr]. »

Assez éloignées des ordinateurs quantiques universels, ces machines permettent de trouve le minimum absolu d’une fonction à l'intérieur d'un ensemble de solutions possibles éventuellement très large, mais néanmoins fini, en utilisant un calcul basé sur les fluctuations quantiques au lieu du calcul classique. « Nous sommes aujourd’hui en discussion avec la start-up canadienne Xanadu, Google et la start-up française Pasqal pour avoir un accès direct à leurs machines. »

Le calcul quantique plus performant pour le machine learning dans 96% des cas

Cette dernière collaboration avec Pasqal, qui développe un calculateur quantique à base d’atomes froids, doit notamment permettre à Total de tester son propre algorithme de partitionnement de graphe, une méthode d’optimisation issue de la théorie des graphes. Cet algorithme a été développé par un stagiaire depuis six mois et le travail devrait être poursuivi en interne par un doctorant grâce au financement que l’entreprise française a reçu dans le cadre du projet européen NEASQ, qui s’inscrit dans le programme Horizon 2020.

La firme va même plus loin, en combinant machines quantiques et algorithme d’optimisation utilisant de l’apprentissage automatique (machine learning). « Les ressources quantiques sont coûteuses à utiliser, admet Marko Rancic. Mais elles sont probantes, notamment pour utiliser des algorithmes de machine learning : dans 96% des cas, nos algorithmes de machine learning ont apporté de meilleures performances avec les calculateurs quantiques que nous avons utilisés qu’avec des ordinateurs classiques. » L’entreprise a commencé ces travaux de recherche avec un doctorant mi-2019, et un second l’a rejoint en avril 2020.

La piste du MOF-5 pour capturer le CO2

Le deuxième grand axe d’investigation dans le quantique pour Total concerne la modélisation chimique. D’un côté, la société modélise de nouvelles méthodes pour capturer du CO2. Et envisage tout particulièrement le recours au MOF-5, « un matériau poreux que nous souhaitons utiliser comme filtre pour capturer le CO2 », indique l'ingénieur. C’est l’objet d’un partenariat de deux ans avec la start-up britannique Cambridge Quantum Computing, qui permet de faire le lien entre les algorithmes quantiques développés par un client final et les briques de bases de l’infrastructure logicielle quantique Qiskit, fournie en open source par IBM.

De l’autre côté, Saft, filiale de Total, explore de nouveaux matériaux pour développer des batteries nouvelle génération. Pour ce faire, l’entreprise travaille sur ses propres implémentations d’algorithmes quantiques bien connus, de type Variational Quantum Eigensolver (VQE) et Imaginary Time Evolution (ITE), et les teste sur la Quantum Learning Machine (QLM), un émulateur de processeur quantique fourni par Atos, que Total, membre premium du programme quantique du géant du numérique français, a installé sur son site de Pau.

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