«La théorie fonctionne. Si la technologie se concrétise, l’impact sur l’industrie financière sera majeur » : cette conviction simple et pragmatique a décidé Crédit Agricole CIB à se lancer, fin 2019, sur le terrain de l’informatique quantique, avec un groupe de travail chargé d’en explorer les contours. Presque trois ans plus tard, la banque a lancé deux projets phares concrets, en gestion des risques et en valorisation de produits financiers. Avec succès.
L’idée de l’ordinateur quantique est née dans les années 1980 dans l’esprit du physicien américain Richard Feynman, prix Nobel 1965. Le comportement physique de la nature n’étant pas classique mais quantique, la seule manière de simuler la nature est, selon Feynman, d’utiliser un calculateur qui serait lui-même basé sur les propriétés quantiques de la nature.
Derrière l’exemple de simulation de la nature évoqué par Feynman, se trouvent en réalité des typologies de problèmes mathématiques plus générales, dont la complexité calculatoire augmente de manière exponentielle avec la taille. L’illustration la plus courante est celle du problème combinatoire du voyageur de commerce qui doit choisir son chemin optimal dans un ensemble constitué de N étapes. Le résultat exact s’obtient par recherche exhaustive parmi tous les chemins possibles de cet ensemble. Avec les capacités de calcul classique actuelles, le problème peut être résolu en quelques heures pour une dizaine d’étapes.
À partir de 20 étapes, le temps de calcul se mesure en milliers d’années. Au-delà de 30, cela dépasse l’âge de l’univers... Chez Crédit Agricole CIB, cette problématique de mise à l’échelle est très courante dans les suwjets de finance quantitative. Elle se retrouve par exemple dans les procédures d’optimisation de portefeuille, de calibration de modèles, d’entraînement de réseaux de neurones ou encore de résolution d’équation aux dérivées partielles par méthodes numériques.
Le parallélisme natif de l’ordinateur quantique
C’est justement à cette problématique de passage à l’échelle que l’informatique quantique apporte une réponse. Grâce aux principes de superposition, de réduction de fonction d’onde et d’intrication, un ordinateur quantique parallélise nativement les traitements informatiques. Comment cela est-il possible ? Contrairement au bit classique qui, à un instant donné, prend une seule valeur (soit 0, soit 1), le bit quantique, unité élémentaire logique de représentation de l’information d’un ordinateur quantique, se trouve dans une superposition d’états, contenant simultanément les deux valeurs (0 et 1). Contre-intuitive à l’échelle de notre monde macroscopique, cette propriété est pourtant à la base du comportement des particules à l’échelle nanoscopique.
Toutes les particules physiques (atomes, électrons, photons) se trouvent naturellement en état de superposition. Ainsi, lorsqu’une opération est appliquée à un qubit dans le cadre de l’exécution d’un programme informatique, l’opération en question s’applique simultanément sur toutes les valeurs contenues dans le qubit, à savoir les 0 et 1 à la fois. D’où la propriété de parallélisme natif qui caractérise l’ordinateur quantique.
Le passage d’un qubit unitaire à un registre à N qubits, capable d’emmagasiner 2N valeurs simultanément, se fait grâce à un deuxième principe de la physique quantique : l’intrication1. Dernier principe exploité par l’ordinateur quantique, la « réduction de la fonction d’onde » permet de lire le résultat issu du traitement informatique2. À la lecture du registre, la superposition disparaît et une seule valeur est obtenue. Chacune des valeurs contenues dans le registre en état de superposition se caractérise par une probabilité d’être lue qui est connue a priori. Après les traitements appliqués simultanément aux différentes valeurs contenues dans le registre quantique, la dernière étape de l’algorithme consiste à maximiser les chances de lecture de la valeur qui correspond au bon résultat du problème (voir l’encadré « Étapes classiques d’un algorithme quantique »).
L’état de l’art de la technologie et l’effervescence de l’écosystème français
Forte de plusieurs décennies de recherche, à la fois sur le plan de la théorie informatique, de l’algorithmique et du matériel, l’informatique quantique est désormais une réalité à prendre avec beaucoup de sérieux. Les ordinateurs quantiques n’en sont qu’à leurs débuts et déjà des calculs pour des cas d’usage concrets commencent à émerger dans plusieurs industries. Même si les défis scientifiques et technologiques sont encore nombreux à surmonter, notamment l’augmentation du nombre de qubits et l’amélioration de leur qualité, la conjonction des intérêts des pouvoirs publics, de la sphère privée, de la recherche académique et des utilisateurs finaux pousse à l’optimisme. Plusieurs technologies progressent à un rythme rapide, à la fois en Amérique du Nord, en Asie et bien sûr en Europe. En France, la tradition d’excellence de la recherche en physique quantique3 a participé directement à l’émergence d’un écosystème remarquable, avec notamment des start-ups qui conçoivent des ordinateurs quantiques dans plusieurs technologies : Pasqal avec les atomes neutres, Quandela avec la photonique, Alice&Bob avec les supraconducteurs et C12 avec les nanotubes de carbone. Pour Crédit Agricole CIB, un tel écosystème à portée de main est forcément une opportunité d’explorer de l’intérieur le potentiel et la réalité du calcul quantique pour la finance et de développer les compétences internes en préparation à une rupture technologique possible.
L’approche de Crédit Agricole CIB
Après une première phase d’appropriation technique et de rapprochement avec les acteurs de l’écosystème français et européens, Crédit Agricole CIB a lancé un partenariat avec les start-ups Pasqal et Multiverse Computing pour explorer deux cas d’usage réels : l’anticipation des risques et la valorisation de produits financiers4. Plus que l’obtention d’un avantage quantique immédiat, l’objectif de la banque consiste à valider le potentiel de l’informatique quantique en vérifiant son application de bout en bout dans les cas précités et à obtenir des résultats réels avec la technologie dans son état actuel de maturité5. Après 12 mois de co-création entre les équipes de recherche quantitative Risques et Marchés de capitaux, Pasqal et Multiverse Computing, ces premiers objectifs ont été atteints. Crédit Agricole CIB valide la pertinence de l’informatique quantique pour ces cas d’usage ; reste à présent à vérifier ces acquis avec une version plus puissante de l’ordinateur quantique. Ces résultats confortent la banque dans son approche expérimentale et ouvre la voie à de nouveaux projets qui doivent être annoncés avant la fin de l’année.
Fort des compétences acquises dans ce domaine, Crédit Agricole CIB a décidé de se doter également d’un coverage dédié aux sociétés du secteur du quantique, donnant à la banque la capacité nécessaire pour accompagner les acteurs de l’écosystème dans leur réflexion stratégique, de la levée de fonds aux fusions-acquisitions.
Pour aller plus loin :
- Le Lab Quantique (https://lelabquantique.com/) : association à but non lucratif représentant l’écosystème français des technologies quantiques
- Publications du BCG Quantum Computing
- Les podcasts d’Olivier Ezratty et Fanny Bouton : Quantum (l’actualité quantique) et Decode Quantum (les entretiens avec les acteurs des technologies quantiques)
- Understanding Quantum Technologies, par Olivier Ezratty
Investissements en capital dans les entreprises développant le matériel et le logiciel quantiques par année depuis 2011.
