Dans la bataille pour construire les premiers ordinateurs quantiques utiles au monde, une entreprise a adopté une approche totalement différente des autres leaders. L’approche conventionnelle consiste à augmenter progressivement la taille et la puissance de ces appareils et à les tester au fur et à mesure.
Mais PsiQuantum, une startup basée à Palo Alto en Californie, mise sur l’approche inverse. L’entreprise investit massivement dans les technologies quantiques compatibles avec les usines de fabrication de puces déjà existantes. En utilisant ces installations, leur objectif est de produire dès le début en masse de puissants ordinateurs quantiques à base de silicium.
Cette semaine, ils révèlent à quel point cette approche fonctionne bien et discutent des défis qui nous attendent encore.
Pistolets à photons
Fondée en 2016, PsiQuantum a fait la une des journaux en 2021 en levant 700 millions de dollars pour poursuivre son objectif de construire des ordinateurs quantiques utiles d’ici une décennie. Cette semaine, il a annoncé une injection similaire de la part du gouvernement australien, portant son financement total à quelque 1,3 milliard de dollars. Cela en fait l’une des startups les mieux financées de l’histoire.
L’enthousiasme est en grande partie dû à l’approche unique de PsiQuantum. Une décision clé est le choix des bits quantiques ou des qubits. D’autres sociétés se concentrent sur les qubits supraconducteurs, les pièges à ions, les atomes neutres, les points quantiques, etc.
PsiQuantum a choisi d’utiliser des photons. L’avantage est que les photons n’interagissent pas facilement avec l’environnement, leur nature quantique est donc relativement stable. C’est important pour le calcul.
Paradoxalement, cette réticence à interagir est aussi le principal inconvénient des photons. Il est difficile de les faire interagir les uns avec les autres de manière à traiter l’information.
Mais divers groupes ont démontré l’informatique quantique optique et PsiQuantum a été fondé par des chercheurs dans ce domaine de l’Imperial College de Londres et de l’Université de Bristol.
L’informatique quantique optique fonctionne en créant des photons ou des paires de photons, en les guidant à travers des canaux creusés dans le silicium où ils peuvent interagir, puis en mesurant leurs propriétés à l’aide de détecteurs hautement spécialisés.
PsiQuantum compte réaliser tout cela avec des tranches de silicium. Leur idée audacieuse était que nous savons déjà fabriquer des puces de silicium à grande échelle grâce à une production de masse. La construction des usines de fabrication de puces coûte des milliards. Il y a donc un avantage significatif à pouvoir utiliser cette technologie actuelle.
Et en fabriquant des puces plus grosses et plus denses, les ordinateurs quantiques optiques peuvent évoluer relativement facilement. Contrairement à d’autres modèles où la mise à l’échelle sera beaucoup plus difficile.
L’accent a donc été mis sur la manière de rendre la fabrication de puces informatiques quantiques optiques compatibles avec les usines de fabrication conventionnelles.
Ce n’est pas aussi simple qu’il y paraît. Le document de cette semaine décrivant leurs avancées était donc très attendu.
L’équipe a atteint de nombreux objectifs. «Nous avons modifié un flux de fabrication de photonique sur silicium établi pour inclure une détection de photons uniques et une génération de paires de photons hautes performances», déclarent-ils. « À notre connaissance, il s’agit de la première réalisation d’une plate-forme technologique photonique intégrée capable de générer, de manipuler et de détecter des qubits photoniques sur puce. »
Mais il reste encore des étapes importantes à franchir. PsiQuantum doit encore développer une variété de « technologies de nouvelle génération » pour rendre réalisable le calcul quantique photonique à grande échelle. « Il sera nécessaire de réduire davantage les pertes de matériaux et de composants en nitrure de silicium, d’améliorer les performances des filtres et d’augmenter l’efficacité du détecteur pour augmenter la perte et la fidélité globales des photons », explique l’équipe.
Par exemple, les détecteurs de photons intégrés aux guides d’ondes doivent être capables de compter les photons individuels. Les guides d’ondes de photons intégrés à la puce doivent présenter une perte moindre. Et le plus grand défi réside peut-être dans le développement de commutateurs optoélectroniques à grande vitesse capables de reconfigurer rapidement les circuits optiques.
Défi matériel
PsiQuantum fabrique ces commutateurs à partir de titanate de baryum (BTO), un matériau qui doit être incorporé dans le processus de fabrication. «Nous avons développé un procédé exclusif pour la croissance de films BTO de haute qualité par épitaxie par jet moléculaire, compatible avec les procédés de fonderie», déclarent-ils.
Tout cela semble impressionnant, mais le document n’inclut pas de démonstration de l’informatique quantique elle-même.
Il est peut-être trop tôt pour s’attendre à cela. Pour être honnête, le calcul quantique de base avec des photons est depuis longtemps possible avec ce type de systèmes à petite échelle.
« L’objectif unique de notre développement est de créer un ordinateur quantique utile et tolérant aux pannes », déclarent-ils. PsiQuantum a également déclaré ailleurs que son objectif était d’y parvenir d’ici 2029.
Bien entendu, il fait face à une rude concurrence de la part d’autres fabricants d’ordinateurs quantiques. Ce sera une course passionnante et l’horloge (quantique) tourne.
Réf : Une plateforme industrialisable pour l’informatique quantique photonique : arxiv.org/abs/2404.17570
