Les milliers de satellites orbitant autour de notre planète collectent un déluge phénoménal d’informations : données atmosphériques, climatiques, photographies de la Terre, émissions radio, radars, ou paquets de données IP (notamment les mégaconstellations, toujours plus nombreuses). Ils ne peuvent toutefois pas transmettre l’intégralité de leur récolte au sol : la bande passante descendante et la rareté des fenêtres de communication avec les stations terrestres provoquent un goulot d’étranglement impossible à contourner. Si certains satellites intègrent désormais des puces d’intelligence artificielle à leur bord pour traiter les données immédiatement, ils ne représentent encore qu’une infime partie de la flotte présente en orbite.
Le traitement orbital s’impose peu à peu comme la piste la plus prometteuse pour les acteurs du spatial, même s’il reste pour l’instant au stade d’expérimentation. Une équipe de physiciens dirigée par Philip Walther, de l’Université de Vienne, vient de démontrer que c’était envisageable avec un outil bien trop fragile pour (normalement) quitter le plancher des vaches : un ordinateur quantique.
Plus précisément, c’est d’un processeur photonique quantique dont il s’agit, un circuit qui encode l’information sous forme de qubits portés par des photons de lumière, qui circulent dans des guides optiques gravés sur une puce de verre. Le 23 juin 2025, le leur a été placé en orbite basse à environ 510 kilomètres d’altitude, à bord d’une fusée Falcon 9 de SpaceX : un exploit technique, mais ce fut un véritable calvaire pour l’équipe de le faire fonctionner. Leurs travaux sont disponibles depuis le 21 septembre sur le serveur de prépublication arXiv, mais n’ont pas encore fait l’objet d’une évaluation par les pairs.
L’épreuve du feu avant l’apesanteur
Un ordinateur quantique est, par nature, un instrument d’une fragilité extrême : la moindre contrainte mécanique, thermique, électromagnétique ou radiative suffit à détruire les états de superposition sur lesquels reposent ses calculs. Un qubit, à la différence d’un bit (utilisé en informatique classique), n’est pas figé sur une seule valeur : il en occupe plusieurs à la fois, ce qui permet à la machine d’explorer un nombre colossal de combinaisons en parallèle.
C’est ce que l’on appelle la superposition quantique, qui lui confère une puissance de calcul démentielle ; elle ne peut néanmoins se maintenir que si l’ordinateur reste parfaitement isolé de son environnement pour éviter la décohérence quantique. Si le phénomène survient, les qubits reviennent à une valeur unique et il faut reprendre le calcul depuis le début.
Alors comment faire pour l’expédier dans la coiffe d’une fusée Falcon 9, soumise à des vibrations colossales avant de franchir la barre des 28 000 km/h nécessaires pour atteindre l’orbite basse ? Même un ordinateur classique, s’il n’était pas lourdement blindé et adapté à de telles contraintes, aurait peu de chances d’en sortir indemne.
Pour résister à la violence du lancement, le processeur a été préparé en amont, déjà sur la terre ferme. Il a notamment été soumis à des tests de vibration et de choc conçus pour reproduire les contraintes exactes d’un vol à bord d’un Falcon 9 : à certaines fréquences de résonance, les prototypes de test ont encaissé jusqu’à 1 500 fois la gravité terrestre.
Pour celui qui a été envoyé dans l’espace, les ingénieurs ont fait en sorte que les composants optiques les plus fragiles ne puissent pas bouger. Ils ont été fixés sur des platines en titane, et les fibres optiques consolidées à la résine époxy. L’objectif était de garantir que les guides dans lesquels circulent les photons resteraient alignés au micron près après le décollage, sans quoi le processeur serait arrivé en orbite totalement inutilisable.
Un parcours du combattant orbital
Tous les composants optiques ont survécu au lancement, sans dégradation (un miracle), mais une fois que le processeur a atteint son orbite, les véritables ennuis ont commencé. Sur les six détecteurs de photons embarqués (des diodes à avalanche en silicium, chargées de capter les photons en sortie du circuit optique), seuls trois se sont révélés fonctionnels. La moitié de la capacité de détection du processeur était perdue avant même que le moindre calcul ne débute.
Ensuite, le Soleil est venu mettre des bâtons dans les roues des chercheurs : sans atmosphère pour filtrer son rayonnement, sa lumière saturait les détecteurs restants d’un bruit de fond si intense que les mesures étaient complètement inexploitables. L’équipe n’a eu d’autre choix que d’attendre les passages du satellite dans l’ombre de la Terre, des fenêtres d’à peine 30 minutes sur une orbite de 92, pour effectuer leurs relevés les plus sensibles.
Les trois détecteurs survivants n’étaient pas au bout de leur peine : ils ont subi le bombardement protonique des ceintures de Van Allen, deux zones en forme de beignet qui entourent la Terre, où le champ magnétique terrestre piège des particules chargées à haute énergie (principalement des protons et des électrons) provenant du vent solaire et des rayons cosmiques.
L’équipe avait anticipé le problème en protégeant le processeur derrière un centimètre d’aluminium de qualité aérospatiale, un blindage suffisant contre les électrons, mais insuffisant contre les protons, nettement plus pénétrants. Au bout de 52 jours en orbite, le taux de faux positifs des détecteurs avait drastiquement augmenté, signe de leur dégradation sous l’effet des radiations cosmiques.
Dernier problème : le laser intégré au processeur (qui génère les paires de photons sur lesquelles repose l’intégralité du calcul quantique), logé dans un boîtier en Kovar (alliage de fer, de nickel et de cobalt) plaqué or, contenait un adhésif qui s’est mis à dégazer dans le vide. Les molécules libérées se sont déposées sous la forme d’un film de carbone sur les optiques voisines, faisant chuter la puissance du laser de 20 à 4 milliwatts en une semaine. Ultime coup de grâce qui a privé progressivement le processeur de la matière première de ses calculs : sans photons en quantité suffisante, l’interférence quantique produit un signal trop faible pour être distingué du bruit généré par les détecteurs irradiés.
Malgré toutes ces galères, l’équipe a tout de même réussi à terminer son expérience : au sein du processeur, deux photons sont devenus parfaitement indiscernables. Pour faire simple, en physique quantique, c’est le signe que les conditions nécessaires au calcul sont réunies. Les deux particules ont interféré entre elles au lieu de poursuivre leur route séparément, comme le feraient des faisceaux de lumière ordinaire. C’est grâce à l’interférence que le processeur peut manipuler de l’information quantique et donc effectuer ses calculs.
Au vu des difficultés rencontrées par l’équipe, il n’y a aucune chance pour qu’un ordinateur quantique entièrement fonctionnel puisse traiter des données satellitaires dans les prochaines années. Mais ce n’était pas le but de l’expérimentation, qui nourrit plutôt une vision au (très) long terme : faire du calcul quantique un outil orbital à part entière, intégré aux satellites pour trier et analyser les données avant qu’elles ne transitent vers le sol. L’équipe de Philip Walther a prouvé que le principe en lui-même était viable, mais le plus long du chemin reste encore devant : construire des processeurs quantiques plus durables, capables de résister plus longuement aux contraintes de l’orbite.
- Un processeur quantique photonique a été envoyé dans l’espace et a réussi à fonctionner malgré des conditions extrêmes.
- L’expérience a révélé des défis majeurs, comme la défaillance de détecteurs et la dégradation sous radiation cosmique.
- L’objectif est de développer des ordinateurs quantiques capables de traiter des données satellites en orbite, mais cela nécessite encore des avancées techniques significatives.
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