Transformer l'ordonnancement des satellites avec Pasqal et Thales
Thales est un leader mondial des technologies avancées dans trois domaines : Défense, Aérospatiale, Cyber et Numérique, avec plus de 81 000 employés opérant dans plus de 68 pays. L'entreprise est réputée pour ses systèmes de pointe, notamment en matière de contrôle du trafic aérien, d'avionique et de technologie satellitaire. Le groupe investit près de 4 milliards d'euros par an dans la recherche et le développement. Au sein de Thales, le département Recherche et Technologie (TRT) stimule l'innovation en se concentrant sur des solutions de pointe telles que l'IA et l'informatique quantique. Frédéric Barbaresco, responsable du segment Algorithme et informatique quantiques, dirige l'initiative quantique et supervise les efforts visant à développer des solutions quantiques critiques dans l'ensemble du portefeuille de Thales.
Faire face à la complexité croissante des constellations de satellites modernes
The rapid evolution of satellite constellations—from just a few to hundreds or even thousands—has introduced extraordinary complexity in mission planning and scheduling. Traditional algorithms struggle to handle the combinatorial optimization required for tasks like battery recharging, data dumping to ground stations, and avoiding cloud coverage, all while prioritizing urgent observation requests and maintaining mission flexibility. These constraints become exponentially challenging as the number of satellites increases.
Reconnaissant les limites des approches classiques, Thales s'est tourné vers l'informatique quantique comme solution transformatrice. En collaboration avec Pasqal, Thales a redéfini la planification des missions en exploitant les processeurs quantiques à atomes neutres de Pasqal, qui sont particulièrement adaptés à l'encodage et à la résolution de problèmes complexes tels que l'ensemble indépendant maximal (MIS). Ce partenariat a ouvert la voie à la mise à l'échelle des solutions pour répondre aux exigences des constellations de satellites de la prochaine génération.
Les efforts de Thales en matière de quantique sont menés par une équipe pluridisciplinaire d'ingénieurs et de chercheurs répartis entre la France, le Royaume-Uni, le Canada et Singapour. Cette équipe s'appuie sur des décennies d'expérience en matière d'algorithmes d'ordonnancement, de planification opérationnelle et d'informatique avancée. En étroite collaboration avec les experts techniques de Pasqal, Thales s'est attaché à traduire les défis opérationnels en problèmes pouvant être résolus par des algorithmes quantiques, en tirant notamment parti de la technologie unique de l'atome neutre de Pasqal.
Thales et Pasqal ont collaboré pour modéliser le problème de planification des satellites comme un problème d'ensemble indépendant maximal (MIS), un défi informatique bien adapté aux processeurs à atomes neutres de Pasqal. Grâce au financement du PAck Quantique Île-de-France, les équipes ont développé et testé conjointement des algorithmes sur l'émulateur de Pasqal et sur les premiers ordinateurs quantiques. Cette approche a permis d'ébaucher une approche quantique de l'optimisation du positionnement des satellites et de l'allocation des ressources sous des contraintes complexes, visant à améliorer la flexibilité de l'ordonnancement et les temps de réaction. Ce cas d'utilisation est l'un des quatre identifiés par Thales Alenia Space pour l'initiative QC4EO (Quantum Computing for Earth Observation) de l'Agence spatiale européenne, visant à faire progresser l'évolutivité de l'algorithme.
Des avantages qui vont au-delà de l'industrie
La solution de planification améliorée par les quanta présente un potentiel de transformation pour les industries qui dépendent de la technologie des satellites, des communications à la défense en passant par la surveillance de l'environnement. Des constellations de satellites plus efficaces pourraient optimiser la planification des missions, réduire les coûts opérationnels et permettre des temps de réponse plus courts pour les tâches urgentes. Par exemple, les capacités de reprogrammation en temps réel pourraient accélérer considérablement la boucle OODA (Observer, Orienter, Décider et Agir).
Thales is utilizing Earth observation satellites to monitor environmental impacts, including contrails—cloud-like trails left by aircraft—that are a significant contributor to climate warming. By optimizing satellite observations with quantum-enhanced algorithms, Thales aims to support efforts to reduce climate change.
La collaboration entre Thales et Pasqal a été très synergique. Pasqal a fourni l'expertise technique, les émulateurs et le matériel, tandis que Thales a apporté sa connaissance du domaine et des repères d'algorithmes classiques pour valider l'approche quantique. Ensemble, les équipes ont formalisé le problème, optimisé les algorithmes et présenté leurs résultats lors d'événements industriels majeurs. Ce partenariat a également mis en évidence l'adaptabilité de la technologie de Pasqal, permettant à Thales de faire évoluer les solutions parallèlement aux progrès du matériel quantique.
Définir les normes de l'avenir
Thales est optimiste quant au potentiel de l'informatique quantique à révolutionner la planification des missions des constellations de satellites. L'objectif est d'étendre la solution à un grand nombre de satellites et d'intégrer davantage de contraintes dans les algorithmes, telles que l'optimisation énergétique et le réordonnancement en temps réel. En outre, ils collaborent avec Pasqal et d'autres partenaires sur des outils de validation et de certification des algorithmes quantiques, afin de s'assurer qu'ils répondent aux normes rigoureuses de l'industrie. Avec une feuille de route claire pour le déploiement opérationnel, Thales envisage que l'informatique quantique devienne une pierre angulaire de ses technologies critiques, permettant des opérations satellitaires plus rapides, plus efficaces et plus sûres.
