L’IMEC développe des systèmes cryogéniques quantiques
L’IMEC dirige le premier projet européen de l’entreprise commune « Chips », qui vise à développer des composants et des systèmes pour le contrôle et l’interface d’ordinateurs quantiques à grande échelle et d’autres microsystèmes cryogéniques.
Le projet ARCTIC (« Advanced Research on Cryogenic Technologies for Innovative Computing ») vise à établir une chaîne d’approvisionnement européenne complète et globale pour la photonique cryogénique, la microélectronique et, en général, les cryo-microsystèmes autour de l’industrie émergente de l’informatique quantique et de différentes applications TIC cryogénisées.
« Les exigences de performance imposées aux dispositifs et circuits électroniques à des températures cryogéniques sont très différentes de celles à température ambiante. En particulier lors de l’interfaçage d’applications très sensibles telles que les processeurs quantiques, tous les aspects des technologies microélectroniques doivent être optimisés », explique Alexander Grill, responsable scientifique d’ARCTIC à l’IMEC.
Pour être utiles dans des applications réelles, les ordinateurs quantiques nécessitent des milliers ou des millions de qubits physiques, ce qui, en plus d’être un nombre énorme en soi, nécessite également une quantité énorme de machines de contrôle et d’interfaçage pour faire fonctionner et contrôler efficacement l’ordinateur quantique. Habituellement, ces machines fonctionnent à température ambiante. Cependant, les ordinateurs quantiques basés sur des qubits fonctionnent à des températures proches du zéro Kelvin absolu à l’intérieur d’un cryostat. Lorsque l’on augmente le nombre de qubits, le nombre de lignes de signaux possibles alimentant le cryostat est limité. Cela est dû à l’espace restreint, à la chaleur transportée par les fils et aux problèmes d’intégrité du signal (dus à la longueur des fils).
Pour surmonter ces contraintes, ARCTIC rassemble 36 partenaires de 11 pays, issus de l’industrie, du monde universitaire et des principaux RTO, afin d’établir une chaîne d’approvisionnement européenne complète pour la photonique cryogénique, la microélectronique et, en général, les cryo-microsystèmes autour de l’industrie émergente de l’informatique quantique et de différentes applications TIC cryogénisées. Cela comprend le développement de matériaux et de processus de fabrication, de nouvelles approches de simulation, d’emballages hétérogènes et l’optimisation de dispositifs et de circuits spécialement conçus pour le fonctionnement cryogénique.
ARCTIC réunit des développeurs et des intégrateurs de technologies, des modélisateurs, des concepteurs, des acteurs des systèmes/applications et des utilisateurs finaux afin d’assurer une interface harmonieuse entre les différentes couches. Dans le même temps, nous concentrons une grande partie de nos efforts sur les liens manquants, notamment dans le domaine de la cryomodélisation et de la normalisation. En outre, nous tirons fortement parti de l’écosystème unique de R&D en Europe, avec des RTO qui collaborent et forment le pont entre les modèles d’innovation universitaires et la valorisation industrielle – cette dernière concernant à la fois les (nombreuses) PME et les grandes entreprises industrielles.
Entre autres étapes, le projet ARCTIC testera de nouveaux modèles d’amplificateurs paramétriques à ondes progressives (TWPA), un composant essentiel des ordinateurs quantiques supraconducteurs utilisé pour les mesures de lecture. Pour rendre les ordinateurs quantiques plus compacts et plus rentables, Alice et Bob testeront les performances des nouveaux amplificateurs paramétriques à ondes progressives spécifiques au domaine quantique dans leurs cryostats par rapport aux amplificateurs paramétriques à ondes progressives disponibles dans le commerce.
« Les nouvelles conceptions spécifiques au domaine quantique réduiront les pertes internes dans le TWPA afin d’améliorer l’efficacité des mesures », a déclaré Jean-Loup Ville, physicien quantique principal chez Alice & Bob. « Cela peut réduire de manière significative la charge matérielle pour fabriquer des dispositifs compacts et économiques et accélérer le développement d’un ordinateur quantique à grande échelle de plusieurs années ».
Les résultats attendus du projet sont considérés comme des catalyseurs importants pour des technologies très demandées qui peuvent résoudre des problèmes existants dans des domaines tels que la chimie informatique, les sciences biologiques et de la vie, la cryptographie nécessaire à la protection des données et à la cybersécurité.
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