Publié le 26 décembre 2025 15h39:00. Des chercheurs ont mis au point un composant optique minuscule, mais crucial pour le développement de l’informatique quantique, ouvrant la voie à des ordinateurs quantiques plus puissants et plus faciles à produire.
- Un nouveau modulateur de phase optique, presque 100 fois plus fin qu’un cheveu humain, permet de contrôler la lumière laser avec une précision inégalée.
- Le dispositif est fabriqué à l’aide de techniques de production de masse similaires à celles utilisées pour les puces électroniques classiques, réduisant considérablement les coûts et facilitant la production à grande échelle.
- Cette avancée est essentielle pour manipuler les qubits, les unités fondamentales de l’information quantique, et pour construire des ordinateurs quantiques capables de résoudre des problèmes complexes.
Une équipe de chercheurs a franchi une étape importante dans la course à l’ordinateur quantique en concevant un modulateur de phase optique d’une taille et d’une efficacité remarquables. Publiés dans la revue Communications Nature, leurs travaux présentent un dispositif capable de contrôler avec une extrême précision la lumière laser, une condition sine qua non pour le fonctionnement des futurs ordinateurs quantiques.
L’innovation réside non seulement dans la taille du composant, mais aussi dans sa méthode de fabrication. Contrairement aux prototypes de laboratoire complexes et coûteux, ce nouveau modulateur est produit en utilisant des procédés de fabrication évolutifs, semblables à ceux employés pour les processeurs des ordinateurs, des smartphones, des voitures et même des appareils ménagers. Cette approche permet de réduire considérablement les coûts de production et de faciliter la mise à l’échelle.
La recherche a été menée par Jake Freedman, doctorant au Département de génie électrique, informatique et énergétique, en collaboration avec Matt Eichenfield, professeur et titulaire de la chaire Karl Gustafson en génie quantique. Ils ont également travaillé avec des scientifiques des laboratoires nationaux Sandia, dont Nils Otterstrom, co-auteur principal de l’étude. Ensemble, ils ont réussi à créer un appareil qui allie petite taille, performances élevées et faible coût.
Au cœur de cette technologie se trouvent des vibrations micro-ondes oscillant à des milliards de fois par seconde. Ces vibrations permettent à la puce de manipuler la lumière laser avec une précision remarquable, contrôlant directement la phase du faisceau laser et générant de nouvelles fréquences laser stables et efficaces. Ce niveau de contrôle est crucial non seulement pour l’informatique quantique, mais aussi pour des domaines émergents tels que la détection quantique et les réseaux quantiques.
Certaines des architectures informatiques quantiques les plus prometteuses reposent sur l’utilisation d’ions piégés ou d’atomes neutres piégés pour stocker l’information. Dans ces systèmes, chaque atome agit comme un qubit. Les chercheurs interagissent avec ces atomes en leur adressant des faisceaux laser finement réglés, leur donnant ainsi des instructions pour effectuer des calculs. La précision requise pour ces réglages est extrême, pouvant atteindre un milliardième de pour cent.
« Créer de nouvelles copies d’un laser avec des différences de fréquence très précises est l’un des outils les plus importants pour travailler avec des ordinateurs quantiques basés sur les atomes et les ions »,
Jake Freedman, doctorant
Actuellement, ces décalages de fréquence précis sont obtenus à l’aide d’appareils volumineux et gourmands en énergie micro-ondes. Bien qu’efficaces pour les expériences à petite échelle, ces systèmes ne sont pas adaptés à la complexité des futurs ordinateurs quantiques, qui nécessiteront des milliers, voire des millions de canaux optiques.
« Vous ne construirez pas un ordinateur quantique avec 100 000 modulateurs électro-optiques encombrants dans un entrepôt rempli de tables optiques. Vous avez besoin de moyens beaucoup plus évolutifs pour les fabriquer, sans avoir besoin d’assemblage manuel et de longs chemins optiques. Et si, en plus, vous pouviez les faire tenir sur quelques petites puces et produire 100 fois moins de chaleur, vous auriez beaucoup plus de chances de réussir. »
Matt Eichenfield, professeur et titulaire de la chaire Karl Gustafson en génie quantique
Le nouveau dispositif génère des décalages de fréquence laser grâce à une modulation de phase efficace, tout en consommant environ 80 fois moins de puissance micro-ondes que de nombreux modulateurs commerciaux existants. Cette réduction de la consommation d’énergie se traduit par une diminution de la chaleur produite, permettant de regrouper davantage de canaux, même sur une seule puce.
L’une des réalisations majeures de ce projet est que le dispositif a été entièrement fabriqué dans une usine de fabrication CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor), le même type d’environnement utilisé pour produire des composants microélectroniques avancés. CMOS est la technologie la plus évolutive jamais inventée par l’homme.
« La fabrication CMOS est la technologie la plus évolutive jamais inventée par l’homme. Chaque puce microélectronique de chaque téléphone portable ou ordinateur contient des milliards de transistors essentiellement identiques. Ainsi, en utilisant la fabrication CMOS, à l’avenir, nous pourrons produire des milliers, voire des millions de versions identiques de nos dispositifs photoniques, ce qui est exactement ce dont aura besoin l’informatique quantique. »
Matt Eichenfield, professeur et titulaire de la chaire Karl Gustafson en génie quantique
Selon Nils Otterstrom, l’équipe a réussi à repenser des technologies de modulateurs autrefois encombrantes, coûteuses et énergivores, pour les rendre plus petites, plus efficaces et plus faciles à intégrer. Sandia National Laboratories a joué un rôle clé dans cette transformation.
« Nous contribuons à faire entrer l’optique dans sa propre “révolution des transistors”, en passant de l’équivalent optique des tubes à vide à des technologies photoniques intégrées évolutives. »
Nils Otterstrom, scientifique aux laboratoires nationaux Sandia
Les chercheurs travaillent désormais sur des circuits photoniques entièrement intégrés, combinant génération de fréquence, filtrage et mise en forme d’impulsions sur une seule puce. Cette avancée rapproche le domaine d’une plateforme photonique quantique complète et opérationnelle. L’équipe prévoit également de collaborer avec des entreprises spécialisées dans l’informatique quantique pour tester ces puces dans des ordinateurs quantiques avancés à ions piégés et à atomes neutres piégés.
« Cet appareil est l’une des dernières pièces du puzzle. Nous nous rapprochons d’une plateforme photonique véritablement évolutive, capable de contrôler un très grand nombre de qubits. »
Jake Freedman, doctorant
Le projet a bénéficié du soutien du ministère américain de l’Énergie par le biais du programme Quantum Systems Accelerator, un centre de recherche scientifique de la National Quantum Initiative.