Quantum Silicon Grenoble, le projet sur lequel mise le rapport Forteza pour un ordinateur quantique made in France

Le rapport Forteza sur le quantique remis le 9 janvier préconise de soutenir Quantum Silicon Grenoble, un programme visant à bâtir un ordinateur quantique universel basé sur le silicium. Zoom sur ce pari technologique aussi audacieux qu'ambitieux.

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Quantum Silicon Grenoble, le projet sur lequel mise le rapport Forteza pour un ordinateur quantique made in France
Le bit quantique de spin réalisé par le CEA en 2016, vu au microscope électronique. QSG veut en intégrer 100 sur une puce d'ici à 2024.

Et si la France s’inscrivait dans la course à l’ordinateur quantique ? C’est ce que vise la proposition 12 du rapport Forteza sur les technologies quantiques, remis au gouvernement le 9 janvier : « Soutenir […] un programme de recherche visant à explorer des voies Silicium audacieuses. » L’objectif ? « Bâtir sur le long terme un calculateur quantique universel », résume à Industrie & Technologies Iordanis Kerenidis, chercheur co-auteur du rapport.

Le programme porteur de cette ambition forte existe déjà. C’est celui du consortium Quantum Silicon Grenoble (QSG), qui réunit une cinquantaine de chercheurs de l’institut Néel-CNRS, du CEA (recherche fondamentale et Leti) et de l’Université de Grenoble Alpes. Il est opérationnel depuis début 2019, suite à la bourse européenne ERC Synergy (14 millions d’euros) obtenue fin 2018 par Maud Vinet, en charge du programme pour le CEA Leti, et les chercheurs Tristan Meunier (Néel-CNRS) et Silvano de Franceschi (CEA-INAC). « Cette préconisation du rapport Forteza est une excellente nouvelle. Nous sommes prêt à relever le défi », lance Maud Vinet.

Dépasser les qubits supraconducteurs de Google et IBM

Comme son nom l’indique, ce consortium mise, pour fabriquer les bits quantiques (ou qubits) de son futur processeur, sur le silicium. Et ce alors que Google et IBM, qui font la course en tête avec leurs puces d’une cinquantaine de qubits, utilisent tous deux des jonctions supraconductrices et que la seconde technologie la plus avancée de qubits est celle des ions piégés.

« Ce choix résulte d’une analyse de risques et d’opportunités en fonction de nos forces et faiblesses, explique Maud Vinet. Nous ne cherchons pas à aller aussi vite que Google et IBM mais à les dépasser. Leurs qubits ont des taux d’erreur trop élevés et sont en trop petit nombre pour attaquer des problèmes utiles ; nous visons l’intégration d’un grand nombre de qubits de plus grande qualité dans un processeur industrialisé. »

Le potentiel du silicium et l'atout industriel

Le pari est osé. La preuve de concept de ce futur processeur quantique se résume à… 1 qubit à base de Silicium réalisé en 2016 par les chercheurs grenoblois. Mais les atouts du Silicium sont tentants : « Le Silicium a un gros potentiel pour le calcul quantique. Les qubits au Silicium, qui encodent l'information avec le spin des électrons [une grandeur purement quantique, ndlr], sont rapides et ils peuvent être de grande qualité si on enrichit isotopiquement le Silicium pour qu'il soit à faible bruit pour les spins », énumère Maud Vinet. Et de pointer un « élément différenciant : les qubits au Silicium sont 1 million de fois plus petits que les qubits supraconducteurs ». De quoi envisager d'en mettre des millions sur des puces.

Les Grenoblois ne sont pas les seuls à travailler sur la piste Silicium. D'autres laboratoires académiques ont même réalisé des systèmes à 2 qubits. Mais les scientifiques de QSG ont plusieurs atouts de taille : non seulement le design de leur qubit est beaucoup plus compact mais, surtout, ils sont les seuls à utiliser des technologies industrielles. « Notre qubit est à base de transistors à effet de champ CMOS [la technologie de fabrication dominante de la microélectronique, ndlr] et utilise la technologie FD-SOI de STMicroelectronics. Nos machines et process sont proches de l'industrie », avance Maud Vinet. Le consortium travaille ainsi déjà avec Soitec, Air Liquide, Cryoconcept et Orano.

2 qubits en 2020, 6 en 2021, 100 en 2024

La feuille de route de QSG est claire : réaliser 2 qubits en technologie industrielle en 2020, livrer 6 qubits en 2021 et 100 en 2024. La composition du consortium, qui allie recherche fondamentale, ingénierie quantique et intégration technologique, lui permet de travailler en parallèle sur sur des sujets fondamentaux comme la qualité (temps de cohérence, fidélité…) et sur les preuves de concept des briques systèmes (packaging, code de correction d'erreurs…). En 2019, les travaux des chercheurs ont permis d'améliorer les méthodes de lecture des qubits et de fabriquer un premier circuit co-intégrant une électronique de contrôle à froid et des dispositifs quantiques.

« Notre objectif final est d'industrialiser un processeur quantique. Soit le cœur quantique mais aussi l'électronique de pilotage qui distribue les signaux sur les qubits, les générateurs de signaux haute fréquence et les couches logicielles qui les commandent, rappelle Maud Vinet. C'est une pyramide, nous avons commencé à la bâtir, pierre après pierre. » Si la préconisation du rapport Forteza est bien suivie par le groupe de travail interministériel mis en place pour établier la feuille de route française dans le quantique, la construction aura les moyens d'accélérer.

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