La course au calcul quantique est celle du passage à l’échelle. Car si les géants du secteur, IBM et Google en tête, font beaucoup de bruit autour de leurs avancées, aucun n’a encore démontré sa capacité à fabriquer les millions de qubits nécessaires à l’exploitation du plein potentiel de cette technologie. Dans ce défi, la discrète approche des qubits sur silicium semble prête à passer à la vitesse supérieure.
En avril, le géant américain Intel a annoncé avoir fabriqué plusieurs dizaines de milliers de qubits sur un wafer, avec un procédé proche de la fabrication de transistors conventionnels. En France, la pépite C12 Quantum Electronics, créée en 2021, fait aussi le pari de ce matériau. Tout comme le groupe Quantum Silicon Grenoble, fondé en 2019 par le CEA, le CNRS et l’université Grenoble-Alpes, et qui doit annoncer d’ici à la fin de l’année la création d’une start-up dédiée.
Émerge donc une alternative aux qubits supraconducteurs – prisés par Google et IBM – qui ont démontré dès la fin des années 1990 la faisabilité d’un calculateur quantique à petite échelle, mais dont la fabrication et le fonctionnement en grand nombre reste complexe. Ou aux atomes froids, dont la montée en puissance est limitée par les progrès dans les technologies laser. Après une dizaine d’années de recherche fondamentale sur les propriétés quantiques des transistors, le premier qubit sur silicium apparaît en 2012.
Développer une solution aisément industrialisable
Avec l’idée d’exploiter la maîtrise de l’électronique pour développer une solution plus facilement industrialisable. « Trouver une technologie qui ressemble aux transistors nous permet d’utiliser notre connaissance de l’industrie », expose James Clarke, le responsable quantique d’Intel. Le groupe a conçu une méthode de fabrication présentant « de petites différences avec les process des semi-conducteurs ». « Nous fabriquons quelque chose proche d’un transistor, dans lequel est piégé un électron, détaille James Clarke. Nous pouvons manipuler le spin des électrons pour y coder de l’information et les intriquer pour qu’ils interagissent. »
Les qubits sur silicium « cochent toutes les cases », abonde Maud Vinet, directrice de recherche au CEA-Leti et membre de Quantum Silicon Grenoble. Ils peuvent s’installer en grand nombre sur une puce et permettent de réaliser de très nombreuses opérations en quelques secondes, presque sans erreur. « Les nôtres présentent une surface de 100 nanomètres et affichent une vitesse d’opération de l’ordre de la microseconde, avec une fidélité supérieure à 99 % », illustre la chercheuse.
Reste que le chemin est encore long avant un système quantique sur silicium fonctionnel. « Nous sommes un peu en retard par rapport aux approches les plus avancées que sont les qubits supraconducteurs et les systèmes à atomes froids », admet Silvano de Franceschi, chercheur au CEA-Irig et membre de Quantum Silicon Grenoble. Alors que ces dernières comptent déjà quelques centaines de qubits, les chercheurs grenoblois ont conçu un système permettant d’en connecter jusqu’à 16. De son côté, C12 Quantum Electronics espère en assembler 50 à 100 d’ici à 2024.
Des qubits plus performants
L’approche du silicium permet de travailler à la fois sur l’amélioration des performances d’un qubit individuel et sur son industrialisation à grande échelle.
— Pierre Desjardins, cofondateur et PDG de C12 Quantum Electronics
Mais rien n’est joué. « La particularité de l’approche du silicium est qu’elle permet de travailler simultanément sur l’amélioration des performances d’un qubit individuel et sur la préparation de son industrialisation à grande échelle », argue Pierre Desjardins, le cofondateur et PDG de la pépite issue de l’École normale supérieure de Paris et épaulée par le CEA-Leti pour l’industrialisation de sa technologie. Lui-aussi estime que « le passage à l’échelle des qubits sur silicium sera facilité par soixante ans d’expertise industrielle dans la fabrication de semi-conducteurs ». Alors que du côté des qubits supraconducteurs et des atomes froids, les acteurs assemblent pas à pas des qubits individuels et doivent encore mettre sur pied un procédé de fabrication industrielle.
En se situant à l’interface de la recherche et de l’industrie, le travail sur les qubits sur silicium est une curiosité. « Il n’est pas habituel de faire autant de recherches fondamentales et applicatives en simultané », estime Silvano de Franceschi. Peut-être la meilleure manière de rattraper le retard accumulé, dans un secteur où aucune technologie quantique n’est assurée de passer à l’échelle. Mais dont les promesses motivent d’importants investissements.
En trois ans, Quantum Silicon Grenoble aura investi 30 millions d’euros dans sa R & D. « Le modèle évolue car les financements publics ne suffisent plus, argue Maud Vinet. C’est pour cela que les laboratoires publics s’appuient quasiment tous sur des start-up pour valoriser leurs recherches. » Permettant de se rapprocher des fonds de capital-risque, pour tenir tête aux investissements des grandes entreprises américaines.
Vous lisez un article de L'Usine Nouvelle n°3708-3709 - Juillet-Août 2022
