9 octobre 2026
L’ÉTS a recruté le théoricien de renommée mondiale qui a redessiné la carte entre le calcul classique et le calcul quantique, ancrant son programme de recherche, et la communauté internationale qui l’entoure, dans l’écosystème québécois.
Biamonte devant le tableau noir à la Maison des étudiants. Photo : Vincent Lemelin / ÉTS Montréal.
Lorsque Jacob Biamonte a commencé à étudier les ordinateurs quantiques, il imaginait les systèmes classiques d’un côté et les machines quantiques de l’autre. « C’est ainsi qu’on l’expliquait à l’époque », se souvient-il. « Je me suis demandé ce qu’il faudrait pour naviguer de l’un à l’autre. »
Mais le passage du classique au quantique ne franchit pas une frontière unique. Il peut être difficile de simuler un système quantique sur un ordinateur classique sans que celui-ci soit lui-même un ordinateur quantique universel. Reproduire le comportement d’un système et le programmer pour qu’il effectue un calcul donné constituent deux défis distincts.
Ce qui les distingue, selon Biamonte, c’est la programmabilité : la capacité de composer des interactions et des contraintes afin qu’un système physique exécute le calcul choisi. Sa carte de recherche distingue deux limites : la simulation classique efficace et les exigences du calcul quantique universel, avec, entre les deux, un territoire structuré et encore mal compris. Jacob Biamonte appelle ce territoire la terra incognita classique–quantique. Biamonte conçoit des modèles mathématiques à la frontière entre le calcul classique et le calcul quantique, révélant les caractéristiques qui rendent un système quantique difficile à simuler et celles qui permettent le calcul quantique universel.
Diagramme conceptuel. Cette carte met en évidence la distinction entre les limites de la simulation classique efficace et les exigences de l’universalité du calcul quantique. Elle rassemble les travaux de Jacob Biamonte et de ses collaborateurs sur ces questions. Les positions présentées sont schématiques et ne constituent pas une classification exhaustive des modèles de calcul.
Pour approfondir les résultats présentés dans cette figure, voir ici. L’essor de l’industrie quantique a fait de la compréhension de ce territoire intermédiaire une question de recherche mondiale. Les contributions de Biamonte couvrent le calcul quantique universel, les méthodes des réseaux de tenseurs, la simulation, l’optimisation et l’apprentissage automatique et fournissent les fondements mathématiques d’une nouvelle forme d’ingénierie.
Une carte pour une nouvelle forme d’ingénierie
Illustration conceptuelle des thèmes de recherche abordés dans les travaux de Biamonte et de ses collaborateurs. Image générée avec Midjourney; étiquettes ajoutées après la génération.
La carte construite par Biamonte s’articule autour d’une seule question : quand un système quantique devient-il un ordinateur ?
Les premières applications quantiques
Un premier résultat marquant est né de ses travaux avec Peter Love. Ils ont démontré qu’un remaniement des coupleurspeut influencer la puissance de calcul d’un système, identifiant ainsi des modèles d’interaction simples suffisants pour le calcul quantique universel. Ce résultat a établi un lien entre une question abstraite relative au calcul et des choix concrets pour la conception de machines quantiques. Depuis, les chercheurs ont utilisé et étendu ces constructions mathématiques à la vérification du calcul quantique et à la simulation moléculaire, donnant ainsi à ces travaux une portée qui dépasse le cadre initial de la conception matérielle.
Un deuxième axe de recherche a donné au domaine une manière d’écrire les choses. Avec ses collaborateurs, Biamonte a introduit des éléments constitutifs algébriques pour des états quantiques arbitraires ainsi que des méthodes graphiques permettant de composer et de transformer des processus quantiques. Un diagramme tiré de l’article qu’il a coécrit avec Christopher Wood et David Cory est même apparu sur un tableau noir dans la série « Rick and Morty » : il s’agit d’une représentation graphique de la célèbre « équation du serpent ».
Un troisième axe de recherche explore à la fois les possibilités et les limites. Biamonte a démontré que le calcul quantique variationnel peut, en principe, être universel : des fonctions objectives et des circuits convenablement construits peuvent exprimer n’importe quel calcul quantique. Dans le cadre de travaux distincts, son groupe a mis en évidence ce que l’on appelle désormais communément les « déficits d’accessibilité » dans l’algorithme d’optimisation approximative quantique (QAOA), démontrant comment la structure d’un problème et le circuit choisi peuvent empêcher l’algorithme d’atteindre la solution souhaitée. Ensemble, ces résultats permettent de distinguer ce qu’un modèle computationnel peut exprimer de ce qu’une mise en œuvre particulière peut réaliser.
« Mes travaux façonnent un langage pour une nouvelle forme de génie quantique, par exemple, des langages de programmation permettant de contrôler les états de basse énergie des systèmes quantiques. » Jacob Biamonte
Un programme de recherche prend racine à Montréal
Lorsque l’ÉTS a recruté Jacob Biamonte en octobre 2024, Montréal a pu bénéficier d’un programme de recherche dont les résultats fondamentaux étaient déjà mis à profit et développés à l’échelle internationale.
Biamonte est professeur titulaire et titulaire de la Chaire MEIE en informatique quantique. Il détient un DPhil en informatique de l’Université d’Oxford et un doctorat ès sciences en physique mathématique. En tant que directeur cofondateur de l’Institut des sciences et du génie quantiques, il assure le lien entre ce programme de recherche bien établi et l’écosystème quantique du Québec.
Ce nouveau départ revêt également une dimension personnelle. La famille de sa mère, les Thibodeau, était originaire du Canada français et s’était établie à Bangor, dans le Maine. Montréal lui offrait l’occasion de renouer avec ses racines et d’apprendre le français.
« Tout ce qu’il faut pour être à l’avant-garde de l’informatique quantique se trouve déjà au Québec : l’expertise de l’écosystème et un matériel quantique de calibre mondial », dit-il.
L’espace entre les deux limites de la carte n’est encore que partiellement compris. Pour Biamonte, explorer ce domaine revient à déterminer quels systèmes physiques peuvent être programmés, ce qu’ils sont capables de calculer et dans quels domaines des applications quantiques utiles pourraient voir le jour.
Le Québec possède les machines quantiques nécessaires pour se lancer à leur recherche; Biamonte en possède la carte.
Biamonte at ÉTS Montréal. Photo: Vincent Lemelin / ÉTS Montréal.
