Des puces photoniques optimisées pour la manipulation de photons unitaires : voici l’objet du contrat signé entre la deeptech française Quandela et le laboratoire d’électronique et de technologie de l’information (Leti) du CEA, annoncé le 17 octobre 2022. Ces composants, dont la production commencera début 2023 à Grenoble, permettront de contrôler les qubits photoniques et d’exécuter des algorithmes quantiques.
Ces pièces essentielles, dont l’architecture a été définie par Quandela, équiperont la future machine photonique quantique de la deeptech. Dès cet automne, le prototype d'un calculateur à six qubits (encore bruités) sera disponible sur le cloud d’OVH et pourra accueillir à l'avenir les puces fabriquées par le CEA-Leti.
Dans un tel système, les puces photoniques sont dédiées au calcul proprement dit et s’intercalent entre les sources de photons uniques – conçues et commercialisées par Quandela sous le nom de Prometheus – et les détecteurs à très haute efficacité (probabilité de 95% de détecter un photon), issus de fournisseurs tiers. L’électronique et les processus algorithmiques restituent ensuite les résultats.
Pour produire ces puces, le CEA-Leti mettra en œuvre un procédé de photonique intégrée sur silicium, ou SiPho. C’est inédit, selon Niccolo Somaschi, cofondateur et directeur technique de Quandela : « La photonique sur silicium est utilisée dans les lidars ou les télécommunications, pas encore pour des applications exploitant des propriétés quantiques. » La technologie du silicium, omniprésente dans l’industrie micro-électronique, a le double avantage d’être maîtrisée et accessible à bas coût.
Une puce reprogrammable grâce aux contrôleurs de phase actifs
En l’occurrence, « il s’agit d’un substrat de nitrure de silicium auquel sont intégrés des composants optiques classiques, tels que des guides d’onde, des contrôleurs de phase ou encore des séparateurs de faisceau », précise Niccolo Somaschi. C’est le cheminement possiblement simultané d’un même photon dans deux guides d’onde séparés qui crée la superposition des états « 0 » et « 1 », spécifique aux qubits et aux ordinateurs quantiques en général.
« L’idée est de réaliser sur une même puce plusieurs guides d’ondes, explique Niccolo Somaschi. On obtient un interféromètre de Mach-Zehnder à partir du croisement de ces guides d’ondes et du contrôle de la phase. On peut alors manipuler les qubits photoniques pour créer des portes logiques quantiques et exécuter un algorithme bien défini. Les contrôleurs de phase étant actifs, la puce est reprogrammable. »
Quandela et le CEA-Leti ont optimisé le fonctionnement de ces puces photoniques pour les besoins et la plateforme technologique de la deeptech. « Nous avons minimisé les pertes car, quand un seul photon traverse le circuit, on ne peut plus en perdre la moitié en chemin, détaille Niccolo Somaschi. Nous avons aussi maximisé la précision des contrôleurs de phase et des séparateurs de faisceau à l’échelle d’un seul photon. »
Les deux parties discutent d’un projet à moyen et long terme, qui implique des travaux communs de R&D. « On envisage des contrôleurs de phase différents et, plus tard, l’intégration des détecteurs de photons, poursuit Niccolo Somaschi. Ce sont des pistes que nous allons explorer pour notre deuxième et troisième génération de puces photoniques. »
