L’informatique quantique est-elle un catalyseur de la décarbonation de l’aviation ?
L’informatique quantique en est encore à ses débuts. Pourtant, les experts s’accordent à dire qu’elle est sur le point de jouer un rôle clé dans des secteurs allant des communications sécurisées à la banque et à l’aérospatiale. L’attrait des quantiques réside dans leur capacité à surmonter les goulots d’étranglement informatiques.
L’objectif d’Airbus est d’être pionnier dans l’aérospatiale durable pour un monde sûr et solidaire. Bien qu’encore en développement, les ordinateurs quantiques ont un potentiel dans deux domaines essentiels à la réalisation de cette ambition : éliminer à temps le blocage de la conception causé par les limites de la puissance de calcul actuelle pour la prochaine génération d’avions et accroître l’efficacité des opérations aériennes.
Voici un aperçu de certaines des explorations quantiques passionnantes soutenues par Airbus.
Optimisation alimentée par la vitesse et la précision quantiques
Optimisation de trajectoire
À l’avenir, les algorithmes quantiques pourraient permettre d’optimiser la trajectoire d’un avion en temps réel en tenant compte des restrictions de trafic aérien et des conditions météorologiques. Cela présente des avantages évidents en matière de sécurité, économiques et écologiques.
Les vols s’effectuent dans un environnement dynamique affecté par un grand nombre de variables insolubles, en particulier lors de la montée. La rapidité et la précision des calculs sont essentielles. Les algorithmes quantiques pourraient être capables de surpasser les ordinateurs hautes performances actuels dans chaque cas.
À cette fin, en 2023, le centre d’innovation Airbus Silicon Valley Acubé effectué une étude sur l’optimisation de trajectoire quantique.
Chargement efficace des marchandises
Chargement de biens humanitaires sur un avion d’essai Airbus A330neo à Vatry, France
La moitié du fret aérien mondial voyage à bord de vols de passagers. Remplir des conteneurs de fret puis les installer dans la soute d’un avion de ligne s’apparente à un jeu de Tetris géant. L’espace est limité et le chargement de chaque conteneur doit l’être exactement. Si le centre de gravité global de la soute est décalé, l’avion consommera plus de carburant. Si la cargaison est trop à gauche, le moteur de gauche doit travailler plus fort, consommant encore plus de carburant.
Tout comme l’optimisation de trajectoire, le chargement des marchandises est soumis à de nombreuses contraintes. Les ordinateurs quantiques exploitent ce qu’on appelle problème de sac à dos pour calculer une solution optimale pour charger les colis dans les conteneurs de fret et les conteneurs dans la cale. En 2022, Airbus a réalisé un démonstrateur de cas d’utilisation utilisant Ordinateur quantique IonQs.
Pour donner une idée du défi auquel sont confrontés les arrimeurs, organiser seulement 20 conteneurs remplis chacun de 30 colis dans la cale produit un espace de solutions, l’ensemble de toutes les solutions à un problème donné qui dépasse le nombre total de particules dans l’univers. Aucun ordinateur ou solution analytique existante ne peut résoudre ce casse-tête avec précision.
Imiter la nature : que se passe-t-il lorsque des molécules entrent en collision ?
Simulation de pile à combustible
Les avions propulsés à l’hydrogène ne produisent aucune émission de dioxyde de carbone ou d’oxyde nitreux pendant le vol. Ils ne rejettent que de la vapeur d’eau dans l’atmosphère.
Il existe deux options pour concevoir des systèmes de propulsion à hydrogène : brûler le gaz directement dans un turbomoteur ; ou en installant des piles à combustible qui utilisent l’hydrogène pour produire de l’électricité.
Airbus s’est associé au secteur automobile pour faire progresser le développement des piles à combustible pour les applications aéronautiques. Cependant, les cellules doivent être légères et suffisamment puissantes pour faire décoller un avion.
Cette combinaison repose sur une chimie complexe. L’électrolyse nécessite un catalyseur pour démarrer. Le platine est particulièrement adapté à cet usage, mais il est relativement coûteux. L’alternative consiste à créer des alliages de platine avec du cobalt ou du nickel, par exemple, qui présentent également des performances en début de vie supérieures à celles du platine pur. Cependant, tester ces alliages en laboratoire peut s’avérer une tâche coûteuse.
Au lieu de cela, aux côtés de collègues du groupe BMW, les chercheurs d’Airbus ont montré pour la première fois, l’informatique quantique peut effectuer une modélisation des réactions au niveau atomique. En exploitant la puissance exponentielle des quantiques qui est hors de portée des ordinateurs actuels, les ingénieurs peuvent modéliser le comportement catalytique relatif de chaque alliage. Leurs observations contribuent à des choix de propulsion et de conception qui auront un jour un impact significatif et favorable sur l’empreinte carbone de l’aérospatiale.
Dynamique des fluides computationnelle : à la croisée des mathématiques, de la physique et de l’informatique
La première escale lors de la conception d’un nouvel avion est souvent Dynamique des fluides computationnelle, ou CFD. Cette simulation numérique sophistiquée du flux d’air autour d’une cellule informe sur sa forme et son efficacité aérodynamique. Aujourd’hui, la CFD est réalisée par des ordinateurs hautes performances (HPC) énergivores et est devenue un goulot d’étranglement dans le cycle de conception des avions, à mesure que les HPC atteignent leur puissance de traitement maximale.
Airbus a signé un partenariat avec deux centres de recherche européens de premier plan, l’ONERA (Centre de recherche aérospatial français) et le DLR (Centre aérospatial allemand), lors d’une cérémonie officielle au Salon du Bourget.
L’informatique quantique est capable de fonctionner sur un canevas ou un maillage beaucoup plus grand, permettant d’effectuer des calculs CFD à une échelle exponentiellement plus élevée. Il a le potentiel de briser le goulot d’étranglement dans la conception des futurs avions.
Le CFD est un domaine à l’étude dans le Quête de mobilité quantique et à travers ÉGALITÉ, un consortium européen dont Airbus fait partie. Le consortium se consacre au développement d’algorithmes quantiques afin de résoudre un ensemble de problèmes paradigmatiques de l’industrie.
Comme le montrent ces exemples, l’informatique quantique a clairement le potentiel de soutenir l’aviation dans son parcours de décarbonation.
Airbus et le groupe BMW reconnaissent tous deux la promesse du quantique. Les entreprises ont uni leurs forces en 2023 pour lancer le Quête de mobilité quantique. L’objectif de Quests est de s’associer avec des acteurs de premier plan pour accélérer et faire évoluer les solutions quantiques qui pourraient un jour aider l’industrie à résoudre ses défis les plus complexes.