La première démonstration d’un qubit logique à compter de 2025 ? Voici la première étape qui jalonne la nouvelle et ambitieuse feuille de route de Quandela, révélée ce vendredi 11 octobre, à Massy.
« Il est important que nos partenaires industriels connaissent cette feuille de route pour se préparer et augmenter leur compétences internes », justifie Niccolo Somaschi, confondateur et directeur général de la deeptech. Les partenaires en question se nomment l’Onera, EDF, la SNCF, le Crédit Agricole ou encore Thales.
Fondée en 2017, cette spin-off du Centre de nanosciences et nanotechnologies (C2N) se distingue par ses calculateurs quantiques exploitant des qubits photoniques.
Une source de photons unique en son genre
Au fondement d’un calculateur quantique photonique, on trouve une source de semiconducteurs III-V, refroidie à 4K, qui produit des photons un par un (ce qu’on appelle des photons uniques) et indiscernables (partageant les mêmes caractéristiques physiques). C’est le fruit des travaux de Pascale Senellart, directrice de recherche CNRS et cofondatrice de Quandela.
Chaque photon est ensuite préparé par une lame séparatrice dans deux états superposés pour devenir un qubit (le 0 et le 1 correspondent à sa présence dans deux chemins optiques séparés). Puis il est routé vers l’entrée d’un circuit photonique intégré, fonctionnant à température ambiante.
Ce circuit programmable exécute les portes logiques sur les photons, en l’occurrence une série d’opérations d’optique linéaire (décalage de phase, interférométrie…). Vient enfin la collecte et la mesure de ces photons par des détecteurs de photons uniques, fournissant le résultat du calcul.
Encore trop peu de qubits physiques
Quandela a livré jusqu’à présent deux machines sorties de son atelier d’assemblage de Massy : l’une à l’hébergeur cloud OVH en début d’année, l’autre il y a quelques semaines à Exaion, filiale d’EDF, qui l’a déployée dans son datacenter à Sherbrooke (Quebec). C’est la ville d’accueil, avec Montréal, de la première filiale de Quandela, ouverte en septembre dernier.
Mais ces calculateurs, permettant d’explorer les cas d’usages et de se familiariser avec la technologie, ne comportent qu’un nombre restreints de qubits. La future machine Lucy de Quandela, qui prendra demeure au Très grand centre de calcul (TGCC) du CEA d’ici à la fin 2025, n’en comptera que douze. Et la prochaine génération baptisée Canopus, attendue en 2025, n’en aura que le double.
C’est bien trop peu pour espérer un quelconque avantage quantique. Surtout, ces qubits sont bruités, le bruit se traduisant ici par des pertes dues à l’absorption des photons (dans le circuit photonique, dans les fibres optiques, etc), au manque d’efficacité de la source, etc. Autrement dit, ces qubits, dits physiques, ne sont pas réellement les qubits opérables de l'informatique quantique théorique, appelés qubits logiques.
Mélange d'un qubit de spin et d'un qubit photonique
Le prochain objectif de Quandela, à l’instar de tous ces concurrents, consiste donc à réaliser un qubit logique, un ensemble de dizaines voire centaines de qubits physiques intriqués (leur état quantique est interdépendant), se comportant comme un seul et immune aux erreurs. C’est la clé de voûte indispensable à un futur ordinateur quantique tolérant aux erreurs, à même de résoudre des problématiques industrielles d’envergure.
Pour ce faire, Quandela envisage d’intégrer un qubit plus matériel (un qubit de spin d’électron précisément) à une source de photons uniques, de manière à obtenir l’intrication de plusieurs « grappes » de photons. Une publication en 2023 dans Nature Photonics montre un taux d’intrication spin/photon bien supérieur à ce qui existait jusqu’alors.
L’architecture hybride de ce système, incluant un circuit itératif de vérification de l’intrication grâce à des qubits auxiliaires spécifiques, est décrite dans une publication dans Quantum Journal. « Il faudrait une dizaine de ces dispositifs spin/photon pour constituer un qubit logique», estime Niccolo Somaschi.
Nombreux défis d'ingénierie
Quandela veut aussi mettre au point en 2025 un estimateur de ressources en qubits logiques pour les applications. L’ordinateur quantique avec 10 qubits logiques, Andromeda, est attendu en 2026/2027. On imagine sans mal qu’il ne tiendra plus sur un ou deux racks comme maintenant.
La miniaturisation n’est cependant qu’un défi parmi d’autres. Les sources de photons doivent encore gagner en efficacité, les circuits photoniques devenir plus transparents aux photons, le temps de latence de l’électronique de contrôle doit descendre sous les dix nanosecondes…
Mais rien qui n’effraie Niccolo Somaschi : « Le passage à l’échelle sera résolu si nous résolvons les problèmes d’ingénierie sur les différents modules (de l’architecture) ». L’avenir dira si Quandela sera l’un des pionniers du qubit logique dans les traces de Google, auteur d’une grande avancée sur le sujet en août dernier.
