Isère. « Passer à l’échelle la chaîne de contrôle et de lecture des qubits », un défi relevé à Grenoble

La course à l’ordinateur quantique ne se résume pas seulement à la puce qui doit passer de quelques qubits à plusieurs milliers (pour faire simple). Cet objectif mobilise certes beaucoup d’argent et beaucoup de matière grise, mais un autre travail d’investigation – moins fondamental – est nécessaire. Il concerne ce qui entoure la puce et il est mené en France par le consortium Q-Loop. Son défi réside dans « le challenge du passage à l‘échelle de la chaîne de contrôle et de lecture des qubits à l’état solide », résume Audrey Martinent-Beaumont, co-pilote de ce programme avec Tanguy Sassolas. « Cela veut dire qu’on travaille sur l’architecture système, la modélisation. C’est très important. Le système de la chaîne de contrôle, c’est tous les composants indispensables entre les qubits et le “monde extérieur”. »

Difficile pour les non-initiés de comprendre (l’ampleur de) cette tâche. Quelques éléments cependant permettent de l’appréhender. Q-Loop est doté de « 40 millions d’euros de financement public (France 2030) qui étaient conditionnés à un apport industriel à hauteur de 25 millions d’euros », détaille l’ingénieure du CEA-Leti. Voilà pourquoi on retrouve dans ce consortium des industriels de poids tels que STMicroelectronics ou Siemens Electronic Design Automation (Siemens EDA) qui fabrique des outils de conception, de vérification et d’aide à la fabrication de circuits intégrés.

« Siemens EDA permet à Q-Loop de disposer de circuits à l’état de l’art pour valider méthodologies, flots de conception et de vérification mis en œuvre. Et Q-loop permet à Siemens d’évaluer la pertinence de ses outils et d’identifier les besoins spécifiques du quantique », décrit l’entreprise basée à Meylan.

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La recherche fondamentale et la recherche technologique associées

Outre ces deux entreprises, le consortium réunit des start-up du quantique (Alice & Bob, C12, Quobly , Viqthor et Silent Waves ), des acteurs de la recherche française (le CEA, le CNRS, l’Inria, Grenoble INP-UGA) et également le pôle de compétitivité Minalogic. Le tout est fédéré par le CEA et l’IRT nanoelec. « Q-Loop associe des gens de la recherche fondamentale et de la recherche technologique. C’est très bien », relève le chercheur Xavier Jehl, investi dans le programme.

Ensemble, ils ont six ans (le compte à rebours a commencé en septembre 2024) pour aboutir à un démonstrateur et ainsi se préparer à exploiter la puce contenant des centaines de milliers voire un million de qubits. « Un million, en moins de 10 ans, ça me semble difficile », tempère Audrey Martinent-Beaumont. Voilà un autre élément qui permet de comprendre la tâche : avec un système efficace pour « quelques dizaines » de qubits, le consortium aura relevé son défi. D’autant qu’une autre contrainte figure à son cahier des charges. « Le démonstrateur doit être « assez agnostique pour toutes les technologies qubits à l‘état solide confondu. Cependant faire de l’agnostique n’est pas facile. Donc, on ne s’interdit pas des initiatives un peu spécifiques ». En effet, les start-up en lice pour l’ordinateur quantique investiguent chacune des technologies différentes et rien n’indique pour l’instant qui a la meilleure approche. C’est d’ailleurs le but d’un autre programme français – Proqcima- que de faire émerger les deux technologies les plus prometteuses d’ici 2032.

« Ce qui est original dans ce consortium, souligne François Legrand, en charge de la communication de l’IRT, c’est que tous ses membres – qui n’ont pas toutes les mêmes compétences – décident ensemble d’aller sur telle ou telle question. » Un fonctionnement qui reflète donc la mobilisation française sur ce sujet : tous les acteurs font en sorte d’être prêts pour le jour où l’ordinateur quantique – utile (car il existe déjà mais ne produit pas encore les effets espérés)- existera.

HT : Pour toucher du doigt la recherche

L’image du cryostat résume désormais à elle seule la technologie quantique. On admire le chandelier qui fait penser aux lustres du siècle dernier. Plus terre à terre, Audrey Martinent-Beaumont et Xavier Jehl parlent de frigo. Mais des frigos produisant du -267 °C. La puce qui contient les qubits se trouve en bas du chandelier et pour qu’on en fasse quelque chose, il faut la relier à cette électronique de contrôle et de lecture évoquée plus haut. Pour les technologies prises en charge par Q-Loop (qubit de spin, qubit supra), « il faut vraiment maîtriser ces températures », cadre la physicochimiste. Et il ne faut surtout pas réchauffer les qubits avec l‘électronique qui permet pourtant de les lire. « C’est tout le paradoxe de l’objet quantique. Pour qu’il soit quantique, il faut qu’il soit très bien isolé du monde extérieur. Mais s’il est isolé, on ne le mesure pas, présente Xavier Jehl. Il y a des qubits très bons mais tellement isolés qu’on ne peut rien en faire. À partir du moment où vous les connectez, ils sont moins quantiques. C’est graduel. »

Pourtant, il faudra (a priori) mettre de l’électronique dans le cryostat pour « gagner de la place et simplifier la connectique ». La cryoélectronique est une discipline bien maîtrisée (pensez aux satellites au-dessus de nos têtes), mais l’aspect quantique requiert de « développer de nouvelles solutions pour le passage à l‘échelle, simplifie le physicien, spécialiste de la manipulation d’objets quantiques à basse température. Car même pour un qubit ou deux, les solutions mises en œuvre sont déjà extrêmes. »