La start-up Pasqal a de la concurrence outre-Atlantique. Des physiciens du centre de recherche commun à Harvard et au MIT sur les atomes ultra-froids ont présenté jeudi 8 juillet leur dernier calculateur quantique, fort de 256 qubits. Celui-ci se base sur la même technologie que celle développée par la pépite française, dite des atomes froids: la capture et la manipulation d’atomes de rubidium grâce à des lasers, pour les utiliser comme bits quantiques.
L’équipe de recherche, qui a présenté ses travaux dans la revue Nature, dépasse ainsi la start-up dont le système dispose actuellement de 100 à 200 qubits (les unités logiques effectuant les calculs), selon les usages, et qui prévoit d’installer d’ici à 2023 sa technologie dans deux centres européens de calcul intensif.
Comme un vidéoprojecteur
Réputé – au même titre que l’institut d’Optique de Palaiseau (Essonne), dont Pasqal est issu – le centre américain avait présenté une première plateforme quantique en 2017. Composée de 51 qubits, celle-ci se basait sur une chaîne d’atomes disposés en rang-d’oignons. La nouvelle, elle, profite d’une disposition des atomes-qubits en deux dimensions, sous forme de grille simple, de lattices triangulaires ou de nids d’abeilles pour moduler les interactions entre les particules.
"La cheville ouvrière de cette nouvelle plateforme est un dispositif nommé modulateur spatial de lumière, explique Sepehr Ebadi, étudiant d’Harvard et premier auteur de la publication, sur le site de l'université. Il est utilisé pour former un front d’onde, qui produit des centaines de pinces optiques individuelles". Ce sont ces pinces qui servent à piéger les atomes, puis à les manipuler pour effectuer des calculs.
"Ce dispositif ressemble à ce qui est utilisé dans un vidéoprojecteur pour projeter des images sur un écran, vulgarise le chercheur. Nous en avons fait un composant critique de notre système". Cette nouveauté, associée au nombre supérieur d’unités logiques, a permis d’expérimenter des états quantiques de la matière jusqu’alors jamais observés… Et de réaliser une étude extrêmement précise du fonctionnement du magnétisme à l’échelle atomique.
Car la machine expérimentale conçue par les chercheurs est un genre particulier d’ordinateur quantique, nommé simulateur quantique. Son fonctionnement consiste à confiner des atomes grâce à des lasers "dans un paysage de collines et de vallées dans lequel ils évoluent", expliquait à L’Usine Nouvelle Jean Dalibard, médaille d’or 2021 du CNRS, un des pionniers de la discipline.
Ces atomes passent d’une vallée à l’autre en interagissant avec leurs voisins. Avec une particularité: "Très lents, très froids, ils sont davantage une onde qu’une particule", explique le professeur au Collège de France. "C’est la matière quantique, continue-t-il. Elle peut sembler extraordinaire, mais elle a énormément de similarités avec d’autres systèmes de la nature."
Le scientifique prend un exemple: "Pourquoi un métal conduit-il de l’électricité ? Car des électrons – des particules très quantiques – se déplacent dans sa structure, son paysage", présente-t-il. "Si vous remplacez les électrons par nos atomes et que vous reproduisez les vallées du matériau par celles de nos lasers… Vous reproduisez son fonctionnement".
Une course mondiale intense
Exploitant ces principes, les recherches menées par Harvard et le MIT sur le magnétisme devraient faciliter la conception de matériaux aux propriétés nouvelles. Et ils ne devraient pas en rester là. "Ces travaux ouvrent un grand nombre de nouvelles voies scientifiques, estime Sepehr Ebadi. Nous sommes très loin des limites de ce qui peut être fait avec ces systèmes".
Ainsi, l’équipe s’attelle désormais à améliorer le contrôle de leurs atomes pour en améliorer l’efficacité et pour le rendre plus facilement programmable. Une problématique à laquelle s’attaque aussi Pasqal. "Ce qui nous limite, c'est la puissance du laser utilisé pour contrôler les atomes, expliquait Lucas Béguin, directeur de l’ingénierie et de la production de la start-up, lors d’une visite de L’Usine Nouvelle. A chaque fois que l’on ajoute un qubit, cela divise la puissance du laser".
Ces travaux menés en parallèle de chaque côté de l’Atlantique s’intègrent dans "une course mondiale très intense, à haute visibilité, pour construire des ordinateurs quantiques plus gros et plus performants", observe Sepehr Ebadi. Reste à savoir lequel des deux spécialistes des atomes froids en sortira vainqueur. La start-up francilienne a déjà posé ses ambitions: atteindre les 1 000 qubits d’ici 2023.
