La fabrication des qubits sur silicium serait-elle sur le point de passer à l’échelle ? Le géant américain Intel a annoncé le 16 avril avoir développé un procédé de fabrication fiable de puces de calcul quantique en silicium. Dans son usine D1, dans l’Oregon, l’entreprise a été en mesure de fabriquer plusieurs dizaines de milliers de qubits, sur des wafers de 300 millimètres, en s'appuyant sur un procédé très proche de celui utilisé dans la fabrication de transistors conventionnels. Mettant ainsi à profit son expérience des semi-conducteurs.
« Nous sommes probablement à 10 ou 15 ans » de l’émergence de systèmes de calcul quantique fiables, tempère James Clarke, responsable du matériel quantique de l’entreprise. « Ceux qui disent que cela arrivera plus tôt n’ont pas notre expérience et notre connaissance de l’industrie de l’électronique », ajoute-t-il, en référence à la feuille de route de certains concurrents.
Partenariat transatlantique
Publiés dans la revue Nature Electronics fin mars, les travaux d’Intel sur la fabrication de qubits sont le fruit d’une étroite collaboration avec le centre de recherche néerlandais QuTech, lancée en 2013 avec une enveloppe de 15 millions de dollars pour développer le matériel, l’électronique de contrôle et le logiciel quantiques. « Nous adressons tous les aspects de l’informatique quantique », résume James Clarke, dont un tiers de l’équipe provient du laboratoire européen.
Côté hardware, la stratégie de l’entreprise est la suivante : « Si nous trouvons une technologie qui ressemble aux transistors, alors nous pouvons utiliser tout ce que nous savons chez Intel, pose l’Américain. Un qubit de spin sur silicium ressemble beaucoup à un transistor. » Cette approche est aussi celle choisie par le CEA-Leti, que le responsable « voit comme un pair proche ».
Alors que certains utilisent des lasers pour contrôler des atomes uniques, que d’autres manufacturent des qubits supraconducteurs, Intel grave les siens dans du silicium. « Nous fabriquons quelque chose ressemblant à un transistor, dans lequel est piégé un électron, détaille James Clarke. Dans ce système, nous pouvons manipuler le spin des électrons pour y coder de l’information et les intriquer pour qu’ils interagissent. »
Cycle d'apprentissage continu
Après avoir démontré en avril 2020 la possibilité de contrôler des paires de qubits, Intel s’est rapidement tourné vers la manière de les fabriquer en grandes quantités avec l’objectif de « collecter une quantité massive de données pour améliorer nos process », explique le responsable. Dans le communiqué lié à sa dernière publication scientifique, l’entreprise annonce avoir atteint un rendement de 95%, « considérablement supérieur à la fois en nombre de qubits et en rendement aux process utilisés actuellement en laboratoires et dans les universités ».
« Nous avons gravé beaucoup de wafers [plaques de silicium, ndlr] de 300 millimètres de diamètre, chacun comptant plusieurs milliers de qubits », ajoute James Clarke. Une fois manufacturés, ceux-ci sont refroidis puis testés dans les laboratoires d’Intel, dans l’Oregon, ou de QuTech, à Delft (Pays-Bas). L’objectif : fournir le plus rapidement possible des données pour améliorer la fabrication.
Les mesures effectuées ne visent pas à déterminer la possibilité de réaliser des calculs quantiques concrets. Ici, Intel s’intéresse à la qualité de fabrication de ses unités logiques. « Nous choisissons les wafers les plus réussis pour regarder la qualité de qubits individuels ou en paires, précise James Clarke. Seulement ensuite, nous les envoyons au laboratoire pour y tester leurs capacités de calcul sur de petits circuits de qubits. »
Estimant être parvenu à fabriquer « de très bons qubits », James Clarke ajoute qu’en un mois, ceux-ci « se sont encore améliorés ». Mais la route reste encore longue. « C’est un cycle d’apprentissage continu, philosophe-t-il. Nous testons de petits nombres. Mais à terme, nous aurons besoin de millions de qubits d’excellente qualité. » De quoi faire prospérer le partenariat transatlantique entre Intel et QuTech pour encore plusieurs années.
