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Calcul quantique : Pasqal s'impose dans la cour des grands avec ses atomes froids

Kevin Poireault
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Calcul quantique : Pasqal s'impose dans la cour des grands avec ses atomes froids

Maîtrisant la manipulation d'atomes de rubidium piégés, Pasqal peut créer des registres quantiques – des mémoires – sous la forme de matrices d’atomes reprogrammables à volonté, à une, deux ou trois dimensions.

© Pasqal

À l’aube de son deuxième anniversaire, la start-up française s’apprête à rendre son processeur quantique de 100 qubits disponible dans le cloud. Une ascension fulgurante liée à sa maîtrise de la technologie des atomes froids.

Ce sera le premier acteur français à mettre des qubits en ligne. À l’instar des IBM, D-Wave, Rigetti, IonQ, Honeywell et Xanadu, la start-up Pasqal s’apprête à rendre accessible son processeur quantique via le cloud en 2021. L’annonce, le 28 octobre 2020, de cette entrée dans la cour des grands du calcul quantique n’a pas seulement chamboulé le secteur tricolore. Elle a braqué les projecteurs sur la technologie de bits quantiques (qubits) utilisée par Pasqal : des atomes neutres, refroidis par laser.

La start-up fondée en 2019 par Georges-Olivier Reymond a opté pour des atomes de rubidium, « un métal alcalin dont les niveaux d’énergie interne, sur lesquels sont encodés nos qubits, sont faciles à mesurer avec des lasers télécoms traditionnels », explique le PDG. La spin-off de l’Institut d’optique (IOGS-CNRS) poursuit ainsi les travaux entamés dans les années 2010 sous la direction d’Antoine Browaeys et de Thierry Lahaye, tous deux conseillers scientifiques de Pasqal.

Atomes de rubidium manipulés dans un piège magnéto-optique

Achetés sous forme d’ampoule en verre, sous vide, à raison de quelques centaines d’euros le gramme – « une quantité suffisante pour travailler pendant un an », assure Georges-Olivier Reymond –, les atomes de rubidium sont placés dans un ultra-vide « de l’ordre de 10-15 atmosphère [10-10 pascals, ndlr], obtenu grâce à une technologie très bien maîtrisée aujourd’hui », ajoute le PDG. Il faut tout d’abord chauffer les atomes pour les vaporiser en « un jet atomique dans lequel ils se déplacent à quelques centaines de mètres par seconde ». Ils sont ensuite ralentis à une vitesse quasi nulle grâce à un faisceau laser, « comme si on envoyait des ballons sur un véhicule qui se rapproche pour le faire ralentir ». Les atomes de rubidium sont ensuite condensés et refroidis à quelques microkelvins au sein d’un piège magnéto-optique. Ils sont isolés un par un, grâce à des pinces optiques formées par un faisceau laser fortement focalisé et démultiplié à l’aide d’un modulateur spatial de phase, qui attire chaque atome de rubidium et les sépare.

Ce procédé permet à Pasqal de créer des registres quantiques – des mémoires – sous la forme de matrices d’atomes reprogrammables à volonté, à une, deux ou trois dimensions. « La forme du registre dépend de l’application pour laquelle on veut utiliser notre machine », indique le fondateur de la start-up. La dernière étape, le calcul, soit l’évolution combinée des qubits du registre, demande de faire interagir ces atomes. À cette fin, chacun d’entre eux est excité optiquement pour être placé dans un état dit « de Rydberg ». Un état où l’un des électrons de l’atome est envoyé[…]

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