X04 : c’est le nom de code de la puce quantique élaborée par la deeptech parisienne Alice & Bob dans son propre laboratoire, monté voilà dix-huit mois. Celle-ci a été présentée pour la première fois en mars 2023 à March Meeting aux Etats-Unis, organisé par la Société américaine de physique, et a également été entraperçue à l’évènement Q2B, début mai 2023.
« Nous travaillons dessus depuis fin 2022, confie Théau Peronnin, cofondateur d’Alice & Bob avec Raphaël Lescanne. Le but du jeu est d’obtenir la brique la plus petite et la plus versatile possible pour une itération la plus rapide possible : nous comptons sortir une nouvelle version de cette puce tous les mois. »
La puce en question mesure un centimètre-carré. « On a réduit l’empreinte au sol du qubit d’un facteur 10, estime Théau Peronnin. C’est la première fois qu’on met plusieurs qubits de chat sur une même puce. » Ils sont au nombre de quatre en l’occurrence, comme le suggère la dénomination de la puce.
Le qubit de chat, qui tire son nom du fameux chat de Schrödinger, est la marque de fabrique d’Alice & Bob. On y retrouve le transmon, ce circuit supraconducteur inventé à Yale en 2007, fondement des qubits à l’œuvre dans les ordinateurs quantiques d’IBM et de Google.
Soixante fois moins de qubits pour un qubit logique
« Les performances de ce type de qubit stagnent, observe Théau Peronnin. Or l’ordinateur quantique n’aura un impact que si ses performances sont très largement supérieures à son niveau actuel. Et cette progression d’un facteur d’un million ne sera possible que si la correction d’erreur atteint un seuil suffisant. Google, par exemple, atteint tout juste le seuil de correction. En vérité, ils doivent améliorer leurs performances d’un facteur 10 et rassembler 1000 qubits physiques – c’est un ordre de grandeur – pour former un qubit logique suffisamment bon, qui échappe à la décohérence. »
L’architecture mise au point par Alice & Bob aurait recours à 60 fois moins de qubits, en transposant aux technologies quantiques le « savoir-faire de la stabilisation autonome des systèmes mécaniques, à l’instar du régulateur de Watt pour la machine à vapeur », illustre Théau Peronnin.
Le transmon, ici, ne sert qu’à mesurer l’état du qubit de chat. Lequel est formé par un « résonateur à photons micro-ondes, dont l’ingénierie est assez subtile pour qu’il échange les photons par paire avec son environnement, ajoute Théau Peronnin. Cela nous permet de stabiliser deux états cohérents de cet oscillateur. » Cette architecture a l’avantage d’être nativement protégée contre l’erreur d’inversion de bit (bit-flip), qui correspond à la bascule de l'état 0 à 1 - ou inversement - d'un qubit à cause d'une perturbation venue de l'environnement.
Correction à l'aide d'un code de répétition
« La probabilité de subir une erreur de type bit-flip diminue par conception de façon exponentielle avec le nombre de photons dans le qubit de chat, explique Théau Peronnin. C’est notre paradigme : on couple ces qubits au maximum avec leur environnement pour qu’ils échangent de l’énergie sans échanger de l’information. »
Le code correcteur utilisé par Alice & Bob est un code de répétition. Théau Peronnin fait l’analogie avec le vote de majorité en partant de trois copies d’une même information : « On n’a pas le droit de les mesurer individuellement, sinon on détruirait l’état de superposition, mais on peut demander à deux qubits s’ils sont d’accord entre eux. D’où l’introduction de qubits auxiliaires qui mesurent la parité jointe entre deux qubits voisins [qui vérifient que les deux qubits ont tous les deux un nombre pair ou impair de photons, ndlr]. »
Dans l’idéal, il faudrait cinq qubits alors que la puce X04 n’en comporte que quatre : deux qubits de données et deux qubits auxiliaires. « Nous en sommes encore au code préliminaire de détection d’erreur, reconnaît Théau Peronnin. Cette puce X04 permet de tester la routine de base de notre code correcteur. »
En plus des idées, il faut aussi du pétrole
La deeptech va continuer de travailler sur le composant de base, la qualité de la stabilisation autonome, l’amélioration et la fidélité des portes, la connectivité… Elle n’est qu’à mi-chemin vers le qubit logique, selon Théau Peronnin, car l’inversion de phase (phase-flip), l’autre grande erreur affectant un qubit, doit aussi être corrigée pour que le qubit logique soit fiable.
Théau Peronnin est confiant : « Avec cette même technologie, nous avons l’ambition, raisonnablement atteignable, de livrer un premier qubit logique en 2024. » Un premier démonstrateur à but pédagogique serait disponible dans le cloud à la même échéance.
C’est aussi en 2024 qu’Alice & Bob préparera une nouvelle levée de fonds, après celle de 27 millions d’euros en 2022. Un rythme bisannuel propre aux start-ups, fait remarquer Théau Peronnin. Les sommes en jeu devront être revues à la hausse, ce que symbolise les 100 millions d’euros récoltés par Pasqal début 2023.
« Si on veut rester sur la même trajectoire que les deeptechs anglo-saxonnes, il faut aussi du pétrole en plus des idées, sourit Théau Peronnin. Il ne faut pas se méprendre sur l’ampleur de la tâche : la course à l’ordinateur quantique est l’équivalent de la course à l’atome ou la course à l’espace. Et ca ne coûtera pas que 100 millions… Mais le jeu en vaut la chandelle. »
