Prometheus trône dans le showroom de Quandela. La start-up a installé son générateur de photons uniques dans cette pièce qui donne sur le Campus Eiffel, près de la station de RER Massy-Palaiseau, à 20 km de Paris. Trois ans après sa création, cette spin-off du Centre de nanosciences et de nanotechnologies (C2N-CNRS) a déménagé dans de nouveaux locaux qu’elle partage avec un autre fournisseur de hardware quantique français, Pasqal.
Finalisé en septembre, Prometheus est « la première source de qubits photoniques intégrée au monde», souligne Valérian Giesz, le PDG de Quandela. Il a fondé cette start-up avec son ancienne directrice de thèse, Pascale Senellart, médaille d’argent 2014 du CNRS, et Niccolo Somaschi, ancien post-doc dans la même équipe de recherche dédiée aux sources de photons uniques. « Aujourd’hui, Prometheus est dans cette salle, mais demain, je peux le charger dans un camion et l’envoyer n’importe où. »
C’est un produit commercial, mais c’est surtout pour Quandela la première brique de son futur ordinateur quantique optique. La start-up travaille déjà sur une seconde brique, logicielle. « Shane Mansfield, chercheur à La Sorbonne, a rejoint l’équipe en septembre 2020 et recrutera entre cinq et dix personnes pour développer des algorithmes compatibles avec des qubits photoniques, confie Valérian Giesz. Nous avons déposé un dossier à Bpifrance pour financer ce projet. »
La particule quantique par excellence
Quandela poursuit sa stratégie qui allie développement de son ordinateur et activité commerciale. Ce qui la distingue des autres start-up visant un calculateur quantique optique. « Nous vendons nos composants à des entreprises et centres de recherche partout dans le monde : Italie, Russie, Australie, Inde… », énumère Valérian Giesz. « Dès 2015, Valérian et Niccolo avaient compris qu’il y avait une demande pour nos sources de photons uniques », rappelait Pascale Senellart, en mars 2020, dans le podcast Decode Quantum.
Deux ans plus tard, leur start-up était créée. Cinq ans plus tard, elle propose « la technologie d’émission de photons la plus efficace au monde, avec des taux d’émission 20 à 30 fois plus élevés que ce qui existe à l’heure actuelle – ce qui permet de gagner un temps de calcul considérable », revendique son PDG.
Il faut dire qu’en se lançant dans le qubit photonique, Quandela a misé sur la particule quantique par excellence, celle qui a conduit à la naissance de la mécanique quantique au début du siècle précédent, celle avec laquelle Alain Aspect a démontré le phénomène d’intrication en 1982. « Les premières expériences de chimie quantique, de simulations de molécules, ont été réalisées avec des photons », ajoute Valérian Giesz.
Depuis la démonstration du « protocole KLM » par Emanuel Knill, Raymond Laflamme et Gerard J. Milburn dans un article paru dans Nature en 2001, on sait comment s’y prendre pour créer des ordinateurs quantiques universels avec des photons. « À l’intérieur de chacune de nos structures photoniques, de 20 µm de diamètre, explique le PDG de Quandela, il y a une boîte quantique (quantum dot), une sorte d’atome artificiel chargé d’émettre les photons, qui sont ensuite envoyés, un par un, dans une fibre optique, collée à un circuit semiconducteur.»
Les qubits peuvent être encodés sur la polarisation de ces photons ou sur d’autres de leurs caractéristiques physiques, comme la fréquence, l’amplitude ou la phase. Des circuits photoniques commandés par des microprocesseurs permettent de les manipuler. Leur mesure est effectuée par un détecteur de photons. « Faire de la manipulation de photons sur une puce en silicium, nous connaissons tous ça, remarque le PDG. C’est ce qui permet de transformer le signal lumineux qui arrive dans votre fibre optique à la maison en un signal électrique qui passe ensuite dans votre Wi-Fi ou votre connexion ethernet. Il y a une industrie capable de fabriquer tous ces composants. »
Une technologie fonctionnant à température ambiante
Autre avantage de l’informatique quantique optique : elle fonctionne à température ambiante. Les sources de photons et leurs détecteurs, eux, doivent certes être refroidis par un cryostat, mais à des températures bien moins basses que d’autres filières quantiques. « Quand on parle de cryogénie, on pense aux qubits supraconducteurs, de Google ou IBM par exemple, qui nécessitent d’être refroidis à quelques millikelvins, une étape qui prend deux semaines. Nous ne sommes pas du tout dans ces ordres de grandeur. Prometheus prend dix minutes à s’allumer, pour atteindre des températures entre 10 et 40 kelvins. »
Avec tous ces atouts, la communauté quantique ne s’y est pas trompée, et Quandela a de nombreux concurrents. « Les entreprises qui ont levé le plus d’argent sont celles qui développent un ordinateur quantique à base de photons, comme l’américaine PsiQuantum (230 millions de dollars) et la canadienne Xanadu (41 millions de dollars) », remarque Valérian Giesz. Ces deux start-up, ainsi que la britannique Orca Computing, ont décidé de développer l’ensemble des briques technologiques pour créer leur propre ordinateur quantique optique – cette dernière se fournit néanmoins aussi chez Quandela pour ses émetteurs de photons uniques.
Le reste de la filière se concentre en général sur une brique des technologies quantiques, que ce soit pour le calcul ou les communications : les sources de photons (Quandela, Sparrow Quantum), les processeurs (QuiX, LionX, VLC Photonics…) ou les détecteurs (Single Quantum, Quantum Opus, Photon Spot…).
Projet d’une offre sur le cloud
Quandela fait le pari de la collaboration. La start-up travaille aussi bien avec l’université de Rome La Sapienza, qu’avec QuiX aux Pays-Bas, pour développer un ordinateur quantique universel à base de photons, dans le cadre du projet européen Photonic quantum sampling machine (Phoqusing), lancé en septembre 2020. Mais elle poursuit aussi un objectif personnel : offrir sur le cloud un ordinateur quantique optique complet, dans lequel seront intégrés un processeur quantique photonique et un détecteur de photons. Le trio d’entrepreneurs-chercheurs lui a déjà trouvé un nom, Reconfigurable optical quantum computing (Roqc), et a levé 1,5 million d’euros auprès de Bpifrance et du fonds Quantonation en 2020.
« Le showroom nous permettra d’ouvrir un nouveau service pour proposer à des industriels de développer avec eux les algorithmes et de résoudre le problème chez nous, sans qu’ils aient à acheter le hardware », anticipe Valérian Giesz. Quandela, comme ses concurrents, a encore du chemin à faire. Les qubits photoniques n’ont pas atteint la maturité d’autres technologies, telles que les qubits supraconducteurs. Leurs inconvénients principaux résident dans la difficulté à assembler plus que quelques qubits et dans la fiabilité des détecteurs, qui enregistrent des taux d’erreur de 5 à 50 %.
Mais les avancées sont rapides : des chercheurs chinois ont publié dans Science, le 3 décembre 2020, un calcul avec des qubits photoniques démontrant, selon les mots de Jianwei Pan, le responsable des technologies quantiques en Chine, « une suprématie quantique un million de fois supérieure au record » de Google. Le 8 février, c'était au tour d'une équipe incluant des chercheurs du CNRS, de démontrer l'avantage quantique, en utilisant aussi un dispositif photonique.
Quelques semaines plus tôt, Valérian Giesz, longeant sur son chemin vers le C2N une station de métro du Grand Paris en travaux, s'amusait : « Qui sera le premier à Saclay, entre le métro et l’ordinateur quantique ? Aujourd’hui, l’ordinateur a plus de chances… »
