Des câbles en pagaille s’emmêlent autour d’un bric-à-brac de miroirs et de lentilles, de chrome et de cuivre. L’enchevêtrement trône sur une table à baldaquin, dans une pièce exigüe, sans fenêtre. Au-dessus, d’autres câbles encore – verts, noirs, blancs – et des prompteurs où s’affichent en basse définition des graphiques mystérieux. Pourtant, derrière le bazar apparent règne un ordre… atomique. Et pour cause, nous sommes face à l’ordinateur quantique de la start-up Pasqal, dans les locaux de l’Institut d’optique de Palaiseau (Essonne).
Créé en mars 2019, la pépite est une descendante directe des travaux fondateurs du physicien Alain Aspect, qui a démontré dans les années 1980, dans ce même institut, le phénomène d’intrication quantique. Elle a déjà pris une place prépondérante dans l’écosystème quantique. Citée à plusieurs reprises par Emmanuel Macron lors du lancement du plan de financement du secteur, elle a été sélectionnée pour équiper de sa technologie le supercalculateur du CEA Joliot-Curie et celui du centre de recherche allemand de Jülich. Tout cela dès 2023.
Piège d'atome
Sur l’écran d’un ordinateur de bureau apparaît, au milieu d’un affichage grésillant, un carré constitué d’une centaine de points. "Chaque point représente un piège contenant un unique atome immobilisé, pointe Adrien Signoles, directeur de la R&D de l’entreprise. Dans ces conditions, chaque atome représente un qubit parfait." Un avantage face aux qubits supraconducteurs, où les unités logiques sont artificielles, fabriquées par des procédés manuels et, donc, forcément différentes les unes des autres.
Hervé Boutet Chaque point représente un atome immobilisé par des lasers.
L’approche développée par Pasqal est dite des atomes neutres, ou atomes froids. Pourtant, ici, point de réfrigérateur extrême, comme chez IBM ou Google. "On dit atome froid car les atomes sont piégés par des lasers et ne peuvent plus bouger, explique le scientifique. Ils sont comme gelés." Ainsi, le cœur de la machine est composé d’une chambre à ultravide, où l’air est un milliard de fois plus rare que dans l’atmosphère. De cette manière, les scientifiques peuvent contrôler quels atomes participent au fonctionnement de la machine.
Jusqu'à 196 qubits
Le scientifique pointe un tube chromé entouré de bobines de cuivre. "C’est par ce tuyau qu’arrivent les atomes de rubidium, les qubits, dans la chambre à vide, explique-t-il. Ils sont ensuite capturés par des lasers et mis en ordre pour former la matrice de calcul." Ensuite, un autre laser se charge de modifier l’état quantique de chaque particule pour mener à bien des calculs. Ici, le nombre de qubits est potentiellement immense : une ampoule de rubidium contient des milliards d’atomes.
Hervé Boutet
"Ce qui nous limite est la puissance du laser utilisé pour contrôler les atomes, explique Lucas Béguin, directeur de l’ingénierie et de la production de Pasqal. A chaque fois que l’on ajoute un qubit, cela divise la puissance du laser." Ainsi, la puissance de la machine est amenée à varier. Si le calculateur présenté compte une centaine de qubits, le même système a pu en mobiliser 196 pour effectuer la simulation d’un matériau antiferromagnétique, impossible à réaliser avec un calculateur conventionnel. Une démonstration technologique que seuls Google, la Chine et le CNRS ont réalisé jusqu’ici.
Machine robuste et modulaire
Un étage en dessous, la start-up a investi une nouvelle pièce de l’Institut d’optique, en attendant de trouver des locaux définitifs. Plus spacieuse, plus lumineuse, elle accueille les prémices d’un centre de production. Exit la forêt de câbles du prototype préindustriel de l’étage. Là, l’équipe ingénierie et production conçoit la machine Pasqal telle qu’elle sera commercialisée. Pour l’instant, seul le squelette de la première machine – un cube de deux mètres de hauteur et trois de longueur – trône au milieu d’une pièce quasi-vide.
D’une valeur de plusieurs millions d’euros, ce modèle de calculateur quantique transportable a vocation à être installé dans des centres de calcul intensif. Encore à l’état de prototype, la machine présentée restera à l’Institut d’optique et sera mise à disposition d’entreprises et de laboratoires sur le cloud. Plus compacte, elle n’aura rien à voir – en apparence – avec le système de l’étage supérieur. "Nous avons condensé les circuits optiques en remplaçant les miroirs et les lentilles par des bancs optiques intégrés de quelques centimètres carrés, explique Lucas Béguin. Mais notre objectif n’est pas la taille, c’est la robustesse."
Hervé Boutet Maquette du futur accélérateur quantique de Pasqal.
Composée de deux modules de contrôle et d’un cœur quantique, tous les trois dissociables, le système se veut transportable facilement. Et robuste. "Nous voulons une machine la plus performante possible au long terme, explique le responsable de l’ingénierie. Nous l’avons faite modulaire, pour pouvoir augmenter sa puissance selon les améliorations de ses composants." Cerise sur le gâteau : le calculateur quantique consomme moins d’électricité qu’un rack de calcul intensif. Et se connecte via un simple câble Ethernet.
Hervé Boutet Panneaux de commande du prototype d'ordinateur quantique Pasqal.
La machine de Pasqal pourra s'intégrer aisément dans les centres de calcul. Là, sa puissance de calcul démesurée permettra de mener des travaux de recherche en physique fondamentale, comme sur les matériaux. Mais aussi de doper les performances de supercalculateurs conventionnels – comme ceux d'Atos, partenaire de la start-up depuis la fin de l'année – ou de mener des calculs d'optimisation encore inaccessibles aux technologies actuelles.
La pépite francilienne a par exemple déjà permis à EDF d'optimiser la recharge de ses flottes de voitures électriques. Une première application concrète qui devrait en appeler nombre d'autres. Et qui laisse supposer une multiplication des calculateurs Pasqal dans la décennie à venir.
Reportage photo : Hervé Boutet
