Ordinateurs et simulateurs quantiques dans les sciences de la vie

 

Le secteur des sciences de la vie est sur le point de mettre à profit le potentiel des technologies de l’informatique quantique.

Alors qu’un nombre croissant de preuves montre l’impact perturbateur possible des technologies quantiques dans de nombreux secteurs à l’avenir, jusqu’à présent, il y a eu peu d’études sur l’impact potentiellement transformateur de l’informatique quantique dans les sciences de la vie.

Un rapport, commandé par la Novo Nordisk Foundation et Novo Holdings, décrit les principales tendances, les défis et les opportunités associés au développement et à l’adoption des technologies d’informatique quantique dans le secteur des sciences de la vie :

– les ordinateurs et simulateurs quantiques sont de plus en plus appliqués et testés dans plusieurs domaines des sciences de la vie, notamment la conception et la découverte de médicaments, la chimie quantique, la génétique et la génomique.

– nombre de ces tests sont encore au stade de la preuve de concept et sont examinés au cas par cas.

– le rapport recommande d’adopter une approche plus stratégique et holistique pour maximiser le potentiel offert par les ordinateurs et simulateurs quantiques.

L’étude a identifié les principaux défis liés au mode de financement de la recherche sur l’informatique quantique, ainsi que la nécessité de renforcer les capacités et de développer les compétences, tant techniques que non techniques.

Au-delà des questions technologiques émergentes telles que le développement de matériel quantique et d’algorithmes quantiques spécialisés, les chercheurs ont également examiné les sciences sociales pertinentes et les perspectives éthiques qui seront nécessaires pour aider à combattre les risques potentiels associés à l’utilisation des technologies quantiques dans les sciences de la vie.

Selon les chercheurs, pour que les technologies quantiques s’attaquent aux problèmes du monde réel, une approche multidisciplinaire est nécessaire. Les acteurs de l’industrie, des universités et des gouvernements devront collaborer efficacement pour que la mise en œuvre de ces technologies dans les sciences de la vie soit couronnée de succès.

La réalisation de ces applications des sciences de la vie dans le monde réel nécessitera également de nouveaux développements qui permettront de mettre à l’échelle les ordinateurs et simulateurs quantiques. Cela implique des investissements importants dans de nouveaux développements de matériel quantique et une attention particulière à l’amélioration des algorithmes quantiques spécialisés et à la découverte de nouvelles façons de coder le problème sur un matériel informatique quantique.

technologie quantique

Technologie quantique. Informatique quantique. Credit: Bartek Wróblewski/Adobe Stock

Salil Gunashekar, directeur associé de l’équipe de recherche sur les sciences et les technologies émergentes de RAND Europe, déclare :

« L’informatique quantique offre une multitude de possibilités inexploitées pour le secteur des sciences de la vie. Nos recherches ont montré que la plupart des développements dans ce domaine en sont restés jusqu’à présent au stade de la preuve de concept dans des domaines d’intérêt limités. Si nous voulons exploiter pleinement le potentiel de l’informatique quantique, nous devons ici regarder la situation dans son ensemble et adopter une vision prospective et patiente. »

« Si le secteur des sciences de la vie veut tirer parti des possibilités offertes par cette technologie émergente, il est impératif de relever des défis importants en matière de financement, de collaboration et de développement des compétences. Les avantages pour des domaines tels que l’accélération du développement de la médecine personnalisée pourraient contribuer à répondre aux principales questions restées sans réponse dans la recherche sur les sciences de la vie et à relever des défis qui sont actuellement difficiles, voire impossibles, à résoudre. Le moment est venu de faire le prochain pas pour que cela devienne une réalité ».

L’étude a été lancée par Lene Oddershede, vice-présidente senior de la Novo Nordisk Foundation :

« À la Fondation, nous nous concentrons stratégiquement sur le développement des technologies quantiques et leur application pour résoudre des problèmes pertinents dans les sciences de la vie. De même, notre branche d’investissement, Novo Holdings A/S, s’intéresse aux perspectives innovantes de l’application des technologies quantiques aux sciences de la vie. Afin de disposer d’une base informée pour nos activités futures, nous avons demandé à RAND Europe de réaliser cette cartographie objective et fondée sur la recherche, en identifiant les défis et les opportunités, et nous sommes très heureux des résultats. »

Morten Bache, directeur scientifique de la Novo Nordisk Foundation, ajoute : « Nous voulions connaître la situation actuelle et les principaux acteurs, et RAND Europe a fait la lumière sur ce domaine important. C’est un ensemble de travaux que nous emporterons avec nous dans les années à venir lorsque nous engagerons les parties prenantes et que nous nous efforcerons de susciter un élan dans la communauté en vue d’utiliser cette technologie extrêmement prometteuse pour des applications en sciences de la vie qui pourraient avoir un impact sociétal global. »

 

LIRE AUSSI   Applications commerciales et militaires de la technologie quantique

Qu’est-ce que la technologie quantique ?

La technologie quantique est un terme générique désignant une série de technologies différentes qui exploitent les effets quantiques (effets physiques au niveau subatomique). Les systèmes basés sur les technologies quantiques utilisent les propriétés des électrons, des photons, des atomes ou des molécules. Pendant plusieurs décennies, les technologies dites « quantiques 1.0 », telles que les lasers et les transistors, ont été largement utilisées. La nouvelle vague de technologies quantiques, parfois appelée « Quantum 2.0 », devrait déboucher sur de nouveaux produits et services susceptibles d’avoir un impact sur des secteurs tels que la finance, la défense, l’aérospatiale, l’énergie, les télécommunications et la santé. Les principaux domaines de développement sont les suivants : communication quantique, capteurs et métrologie quantiques, ordinateurs et simulateurs quantiques.

Application des technologies quantiques aux sciences de la vie

Les chercheurs ont évalué le paysage mondial de la recherche associé au développement et à l’adoption des technologies quantiques dans les sciences de la vie, en mettant en évidence les développements actuels, les opportunités et les défis, les initiatives et les activités visant à favoriser l’écosystème à l’avenir.

Au cours des prochaines années, les technologies quantiques devraient déboucher sur de nouveaux produits et services ayant un impact potentiellement transformateur dans de nombreux secteurs, y compris les sciences de la vie. Reconnaissant le potentiel perturbateur des technologies quantiques dans le futur, plusieurs pays et organismes de financement ont pris des mesures actives pour investir dans la recherche et l’innovation (R&I) sur les technologies quantiques. Toutefois, malgré les nombreuses possibilités, le développement et l’application des technologies quantiques posent également plusieurs défis qui devront être relevés si l’on veut que les avantages de ces technologies soient pleinement exploités.

RAND Europe, avec le soutien de Digital Science, a réalisé une étude complète du paysage afin de comprendre les principales tendances, les applications potentielles, les défis et les opportunités, ainsi que l’orientation générale des développements associés à l’application des technologies quantiques aux sciences de la vie.

L’étude s’est concentrée sur les ordinateurs quantiques et les simulateurs quantiques et a abordé des sujets tels que l’électronique quantique, les logiciels quantiques, les algorithmes quantiques, les matériaux quantiques, le contrôle et l’ingénierie des qubits, ainsi que les applications de ces sujets aux sciences de la vie.

La recherche a analysé des données qualitatives et quantitatives à l’aide d’une approche mixte comprenant une analyse documentaire détaillée, des entretiens avec des experts et une analyse scientométrique complète de la recherche mondiale sur les ordinateurs et simulateurs quantiques.

 

LIRE AUSSI   L’informatique quantique va changer le monde

Tendances générales dans l’écosystème plus large des technologies quantiques

Les ordinateurs quantiques commencent à montrer des progrès par rapport aux ordinateurs classiques dans des domaines spécifiques et limités.

Le matériel et les logiciels de l’informatique quantique présentent une diversité croissante d’approches technologiques.

Les secteurs public et privé investissent davantage dans les technologies quantiques.

Actuellement, les gouvernements nationaux restent la principale source de financement de la recherche sur les ordinateurs et simulateurs quantiques.

Des initiatives nationales et internationales conjointes soutiennent et renforcent l’écosystème de R&I en matière de technologies quantiques.

À l’échelle mondiale, l’activité de publication liée à la recherche sur les ordinateurs et simulateurs quantiques s’est diversifiée et a fortement augmenté au cours des dernières années, avec une variété d’institutions universitaires et d’entreprises actives dans le monde entier.

technologie quantique Technologies émergentes pour l'informatique quantique

Technologies émergentes pour l’informatique quantique. Credit: AdobeStock

Évolution actuelle de l’application des ordinateurs et simulateurs quantiques aux sciences de la vie

Les ordinateurs et simulateurs quantiques sont de plus en plus utilisés et testés dans le domaine des sciences de la vie. Cela se produit dans plusieurs domaines, notamment la conception et la découverte de médicaments, la chimie quantique, les processus biomoléculaires, la génétique et la génomique.

L’application dans ces domaines en est actuellement à un stade précoce, celui de la preuve de concept, où des tests sont effectués sur des problèmes à petite échelle. Les start-ups ajoutent du dynamisme et accélèrent le rythme de développement dans le secteur des sciences de la vie en technologie quantique.

Principales opportunités

Bien que les prévisions soient multiples et divergentes, les experts s’accordent à dire qu’à long terme, les ordinateurs et les simulateurs quantiques promettent une myriade de possibilités dans le domaine des sciences de la vie qui pourraient changer fondamentalement l’industrie.

Il existe des possibilités dans les domaines de la chimie quantique et de la simulation des processus chimiques.

L’informatique quantique devrait permettre d’optimiser le processus de conception et de mise au point de médicaments à base de petites molécules. Elle pourrait être utilisée pour aider à développer des produits biologiques et des médicaments nouveaux et plus efficaces.

L’informatique quantique appliquée à la génétique et à la génomique devrait favoriser le développement de la médecine personnalisée et de précision.

 

LIRE AUSSI   L'informatique quantique et la blockchain, une équation à plusieurs inconnues

Principaux défis

La réalisation de nombreux cas d’utilisation dans le domaine des sciences de la vie nécessitera des développements supplémentaires pour mettre à l’échelle les ordinateurs et simulateurs quantiques, ce qui pourrait s’avérer difficile. Par exemple, de nouveaux développements dans le matériel quantique sont nécessaires, ainsi que le développement d’algorithmes quantiques spécialisés et des investissements dans des matériaux clés.

Il existe des défis liés à la disponibilité et aux types de compétences dans l’écosystème au sens large. Certaines réglementations et exigences de conformité peuvent constituer des obstacles à l’application des ordinateurs quantiques et des simulateurs à l’industrie.

Il existe des difficultés liées à la collaboration entre les différentes disciplines et secteurs qui œuvrent au développement de l’écosystème des ordinateurs et simulateurs quantiques.

L’absence d’un impact commercial précis et avéré entrave les investissements à long terme, tant de la part des propriétaires de cas d’utilisation que des partenaires de l’écosystème.

Les risques potentiels liés à l’utilisation d’ordinateurs et de simulateurs quantiques pourraient avoir des implications éthiques et miner la confiance.

Quelles sont les actions possibles ?

Le rapport décrit une série d’activités potentielles pour contribuer à la mise en place de l’écosystème des sciences de la vie en technologie quantique dans le futur.

Il est essentiel de se concentrer sur le développement et l’entretien d’une main-d’œuvre diversifiée et qualifiée au sein des universités et de l’industrie – par la formation, le recyclage et l’amélioration des compétences – pour contribuer à créer un environnement dans lequel la R&I peut s’épanouir et aider à constituer une réserve résiliente de talents travaillant à l’intersection des sciences de la vie et de la R&I des ordinateurs et simulateurs quantiques.

La stimulation de la création et le soutien continu de collaborations inclusives et multipartites, en particulier celles qui impliquent des partenariats entre l’industrie, les universités et le gouvernement, seront essentiels pour saisir une variété de perspectives et aider au développement et à la commercialisation éventuelle de nouvelles applications de la technologie quantique dans les sciences de la vie.

Au niveau national, l’élaboration et/ou la participation à des initiatives nationales et internationales en matière de technologies quantiques (par exemple, des mesures politiques, des stratégies, des actions et des plans) – y compris des initiatives bilatérales et multilatérales avec de multiples parties prenantes – seront importantes pour soutenir et renforcer l’écosystème et aider à développer l’infrastructure technique nécessaire pour répondre aux besoins futurs de l’industrie.

La saisie systématique des enseignements tirés des différentes activités de l’écosystème de la R&I en matière de technologies quantiques – à la fois sur « ce qui fonctionne » et « ce qui ne fonctionne pas » – et la création d’incitations à diffuser ces enseignements dans divers forums peuvent contribuer à favoriser une culture d’ouverture, de transparence et de partage des connaissances.

Compte tenu du stade de développement relativement précoce des technologies quantiques dans le monde (notamment en ce qui concerne les sciences de la vie) et de leur potentiel de changement de paradigme pour la sociétéil est important que les principales parties prenantes soient « patientes » et adoptent une approche holistique, à long terme et prospective de leur développement et de leur adoption.

Parallèlement à la poursuite des investissements publics à long terme, l’incitation à l’investissement du secteur privé et le soutien de l’écosystème en évolution des start-up et des petites et moyennes entreprises seront essentiels pour garantir le dynamisme et l’accélération de la croissance de l’application des ordinateurs et simulateurs quantiques aux sciences de la vie.

L’industrie des sciences de la vie pourrait envisager d’engager des discussions avec différentes parties prenantes des secteurs public et privé afin d’encourager l’élargissement de la mission spécifique du soutien du secteur public à la R&I des ordinateurs et simulateurs quantiques au-delà de son objectif actuel, afin d’inclure plus activement les sciences de la vie.