L’informatique quantique pourrait révolutionner l’exploration spatiale

Atlantico : Le mariage de l'informatique quantique et de l'exploration spatiale est présenté comme extrêmement prometteur et pourrait remodeler notre compréhension de l'univers. Comment ? Grâce à des calculs plus complexes ? 

Olivier Sanguy : En effet, grâce à la capacité de procéder à des calculs complexes et aussi plus rapidement. L’enjeu mathématique est parfois peu connu en matière d’exploration spatiale, par rapport à celui du défi de la conception des engins qui a été plus plus vulgarisé. Mais l’ingénierie demande des calculs poussés bien sûr et accomplir des vols spatiaux aussi. L’importance de la puissance de calcul a donc toujours été présente et d’ailleurs le film Les Figures de l’Ombre de 2016 évoquait ce sujet sur fond de discrimination raciale dans l’Amérique des années 1960. On y suit la vie de calculatrices afro-américaines, appelées Human Computers, qui luttent pour être reconnues alors qu’arrivent à la NASA les premiers ordinateurs. Aujourd’hui, la puissance informatique concerne aussi la capacité à gérer plus efficacement du Big Data, c’est-à-dire les banques de données qui réunissent les observations de différents télescopes par exemple. Beaucoup de recherches en astronomie reposent sur le traitement et le recoupement de ces nombreuses données. Et là aussi, la puissance de calcul s’impose comme un facteur primordial.

L'un des domaines clés où le potentiel de l'informatique quantique est évident selon les chercheurs, c'est l'optimisation des trajectoires dans l'espace. La planification d'itinéraires pour les missions spatiales sera plus efficace ?

Pour simplifier, je vais me permettre une comparaison un peu osée. Conduire vite sur un circuit est à la portée de tout le monde : il suffit d’appuyer sur l’accélérateur d’une voiture. En revanche, le faire sans sortie de route et avec la plus grande efficacité est une tout autre histoire. Et dans le spatial, tout se calcule avant, on n’improvise rien en matière de trajectoire. Au début de l’exploration spatiale, on comptait sur la propulsion d’un engin pour mener la mission. C’est toujours le cas bien sûr, mais on a aussi découvert qu’on pouvait utiliser le survol de planètes pour bénéficier de ce qu’on appelle une assistance gravitationnelle qui permet d’économiser du carburant (sonde moins massive au décollage, on lutte toujours contre la masse dans le spatial), voire carrément de rendre la mission possible. Des missions comme Pioneer 10 et 11 ou Mariner 10 lancées en 1972 et 1973 ont été parmi les premières à en bénéficier et cela demande des calculs complexes. Une puissance de calcul accrue grâce aux ordinateurs quantiques ouvre la voie à la prise en compte de plus de facteurs, au lieu de les simplifier, pour encore plus optimiser les trajectoires. Les rentrées atmosphériques, ce qui comprend le retour sur Terre d’un vaisseau habité, font aussi appel à des modélisations mathématiques. Une puissance de calcul accrue grâce aux ordinateurs quantiques ouvre la voie à la prise en compte de plus de facteurs pour encore plus optimiser et sécuriser certaines étapes d’un vol spatial (rentrée atmosphérique, atterrissage, descente sous parachute, etc.).

Autre point important : la réduction des temps de trajet. Est-ce que cela veut dire que nous allons pouvoir aller plus loin dans l'espace et plus vite ? Jusqu'où ?

Une trajectoire plus efficace peut se traduire par un temps de trajet plus rapide vers une destination donnée en effet. Mais attention, des calculs plus poussés et plus précis amèneront avant tout des optimisations. Si on souhaite réduire de façon très importante les temps de trajet, par exemple vers Mars en passant à quelques semaines au lieu de plusieurs mois, l’optimisation d’une trajectoire ne suffira pas : il faut une évolution notable ou une révolution en matière de propulsion. Par exemple, on mène depuis maintenant quelques décennies des études sur la propulsion nucléaire. Enfin, les ordinateurs quantiques à bord d’engins spatiaux posent encore aujourd’hui des soucis liés à l’environnement spatial qui est très agressif (radiations notamment). L’informatique classique embarquée dans des sondes est d’ailleurs souvent d’une performance inférieure à celle qu’on rencontre quotidiennement sur Terre, ceci, car on cherche surtout la fiabilité et une protection contre les radiations (les deux étant liés d’ailleurs). Pour optimiser les trajectoires, l’ordinateur quantique qui sera employé sera dans un premier temps bien à l’abri sur Terre dans des conditions idéales de fonctionnement.

Enfin, l'informatique quantique pourrait aussi améliorer notre compréhension de la physique fondamentale comme avec les trous noirs. Qu'en est-il réellement ?

L’astrophysique, et par exemple l’étude des trous noirs, repose beaucoup sur des modèles mathématiques très poussés qui exigent une importante puissance de calcul (et donc aussi du temps). Si les ordinateurs quantiques tiennent leurs promesses sur le plan opérationnel, la puissance disponible permettra de faire « tourner », pour ainsi dire, ces modèles plus rapidement et avec encore plus de précision. C’est aussi vrai pour la recherche fondamentale où les mathématiques sont également incontournables.