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Calcul quantique : Silicium Grenoble mise sur la puissance de la microélectronique

Kevin Poireault
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Calcul quantique : Silicium Grenoble mise sur la puissance de la microélectronique

L’un des grands atouts des qubits au silicium est de pouvoir utiliser les technologies classiques de fabrication CMOS de transistors sur wafers de silicium. À la clé, une miniaturisation inégalée.

© CEA

Réunis au sein du consortium Quantum Silicon Grenoble, une cinquantaine de chercheurs et d’ingénieurs développent un calculateur quantique doté de milliers de qubits sur silicium. En utilisant les technologies éprouvées de l’industrie des semiconducteurs.

« Créer, avant 2025, la première entreprise européenne proposant des processeurs quantiques à base de silicium. » L’objectif affiché dans la proposition 12 du rapport remis au gouvernement en janvier 2020 par la députée Paula Forteza est aussi audacieux que l’intitulé du document complet, Quantique : le virage technologique que la France ne ratera pas. Un an plus tard, le consortium Quantum Silicon Grenoble (QSG), opérationnel depuis 2019 et constitué de l’Institut de recherche interdisciplinaire de Grenoble (Irig-CEA), du CEA-Leti, du CEA-List et de l’Institut Néel (CNRS), est plus que jamais prêt à relever le défi. Moins avancés que les boucles supraconductrices de Google et IBM et que les ions piégés d’Honeywell et IonQ, les bits quantiques (qubits) à base de silicium ont toutefois le potentiel d’aller bien plus loin. « Nos qubits à base de silicium sont un million de fois plus petits que les qubits supraconducteurs et requièrent les mêmes méthodes de fabrication que les transistors utilisés en informatique classique, indique Tristan Meunier, chercheur à l’Institut Néel. Notre approche s’appuie donc sur l’industrie des semiconducteurs (CMOS), ce qui devrait nous permettre, à terme, de contrôler des milliers de qubits en même temps. » Le graal pour assembler un ordinateur quantique universel.

Températures relativement élevées

À la base de cette approche, le système retenu pour encoder l’information est « le spin d’un électron, un degré de liberté quantique sensible aux champs magnétiques, que l’on utilise pour le contrôler, mais très peu sensible au reste de son environnement », précise Maud Vinet, la responsable du projet QSG au CEA-Leti. Il s’agit donc d’envoyer des charges électriques dans le circuit semiconducteur, en contrôlant le flux des porteurs de charges avec des électrodes – appelées grilles dans l’univers du CMOS. « Exactement comme pour un transistor, à ceci près que l’on veut ici ne faire passer qu’une seule charge », poursuit la chercheuse. Ces « mauvais transistors », comme elle les surnomme, sont appelés boîtes quantiques (quantum dots). Elles sont constituées de ces grilles, qui isolent un à un les spins d’électrons dans un puits de potentiel, le tout « dans une sorte de vide quantique obtenu en utilisant du silicium purifié ». Les équipes de QSG contrôlent ensuite l’information quantique du qubit encodé dans le spin grâce à un champ magnétique alternatif, émis par une antenne radiofréquence.

Autre atout de taille qui laisse Tristan Meunier penser que l’on assiste dans le quantique à la « revanche du silicium » : ces qubits fonctionnent à des[…]

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