Le CEA-Leti et Quobly améliorent l’informatique quantique
Le CEA-Leti et le développeur français de puces quantiques Quobly ont mis au point une puce permettant la lecture simultanée en quelques microsecondes de dizaines de qubits quantiques, réduisant ainsi la consommation d’énergie de la lecture de 10 fois et l’encombrement de moitié.
La puce utilise la technologie CMOS FD-SOI et peut être combinée avec les qubits de Quobly construits sur la même technologie, fonctionnant à des températures cryogéniques. Cette architecture de lecture avec 4 et 16 modulations d’amplitude en quadrature (QAM) offre une voie vers des circuits intégrés quantiques à faible consommation et évolutifs, avec une consommation de 18,5μW/qubit.
Cette technologie a été décrite lors de la conférence ISSCC 2025 qui s’est tenue cette semaine en Californie.
Un amplificateur trans-impédance à rétroaction capacitive convertit le courant provenant des dispositifs quantiques en une tension de sortie. Son gain peut être réglé en ajustant le rapport des valeurs des deux capacités de sa boucle de rétroaction et la stratégie de multiplexage permet de réduire la puissance en utilisant un de ces amplificateurs pour mesurer plusieurs qubits.
Cela ouvre la voie au développement de la lecture de milliers de qubits en silicium avec un nombre limité de fils et sans nécessiter d’inducteurs encombrants. Cela permet d’éviter le problème du goulot d’étranglement du câblage dans la construction d’un grand ordinateur quantique tolérant aux pannes avec un million de qubits.
Quobly dispose d’une équipe de plus de 70 personnes qui travaillent sur ce sujet et s’est associée à STMicroelectronics pour développer des qubits de spin sur des procédés de semi-conducteurs FD-SOI.
« Le qubit de silicium est un candidat prometteur pour l’informatique quantique à grande échelle et tolérante aux pannes en raison de son faible encombrement, de sa température de fonctionnement plus élevée et de sa compatibilité possible avec les processus CMOS industriels », a déclaré Quentin Schmidt, auteur principal de l’article. « Mais la nécessité d’une lecture simultanée en microsecondes de milliers de Qubits constitue un défi particulier en termes de consommation d’énergie et de taille.
« C’est la première fois qu’un schéma de modulation aussi complexe que la MAQ est utilisé pour la lecture simultanée de plusieurs qubits », explique Franck Badets, directeur de recherche au département des composants en silicium de l’institut. « Les améliorations associées en termes d’efficacité énergétique et d’encombrement par qubit pour un seul amplificateur, par rapport à l’état de l’art en matière d’accès par multiplexage par répartition en fréquence, démontrées avec les modulations OOK, ouvrent de brillantes perspectives pour les réseaux de qubits à plus grande échelle. »
« L’objectif de Quobly est de fabriquer des ordinateurs quantiques à grande échelle basés sur le silicium. Cet article démontre un progrès clé vers une lecture évolutive des qubits et constitue une avancée majeure dans sa feuille de route », a déclaré Tristan Meunier, scientifique en chef de Quobly.
« Notre procédé, qui s’appuie sur la technologie FD-SOI établie pour bénéficier de l’expertise de l’industrie des semi-conducteurs, porte déjà ses fruits : Ce travail démontre la co-intégration de fonctions électroniques classiques à basse température pour lire et contrôler simultanément plusieurs qubits sur une puce avec une faible consommation record et un design compact. Le partenariat de Quobly avec STMicroelectronics, qui vise à produire des unités de processeurs quantiques (QPU) à l’échelle commerciale, s’appuie sur les travaux novateurs réalisés avec le CEA-Leti.
D’autres services du CEA ont également soutenu le développement. Le CEA-List offre des conseils sur la compatibilité avec les futures piles logicielles quantiques, tandis que le CEA-IRIG fournit une plate-forme expérimentale cryogénique unique en son genre.
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