Une startup britannique, Quantum Motion, a présenté ce qu’elle décrit comme le premier ordinateur quantique au monde fabriqué à partir de technologie CMOS en silicium — la même base industrielle utilisée pour produire les chips de smartphones, ordinateurs portables et appareils photo. Le système, déjà installé au National Quantum Computing Centre (NQCC), regroupe un réfrigérateur à dilution et une électronique de contrôle dans trois racks standard de 19”, combinant une QPU (Quantum Processing Unit) avec un logiciel de contrôle et une interface compatibles avec des environnements tels que Qiskit ou Cirq pour offrir une plateforme de calcul quantique “full-stack”.

Au-delà du simple titre, cette avancée indique une évolution de méthode : passer d’appareils exotiques et d’usines spécialisées à une puce de 300 mm utilisant un process CMOS standard, avec des qubits de spin (données codées dans le spin d’un électron) intégrés dans une conception par “tuiles” (blocs modulaires) pensée pour évoluer par réplication.

Quelle est exactement la construction

• Technologie de fabrication : CMOS sur silicium naturel (puce de 300 mm), le même “langage” qui domine l’électronique classique.
• Type de qubit : qubits de spin en silicium ; la QPU intègre calcul, lecture et contrôle dans une matrice dense recyclable par tuiles/puces.
• Montage du système : QPU + interface utilisateur + logiciel de contrôle “standard industriel” (couche traduisant les algorithmes en impulsions physiques), plus une électronique cryogénique et un réfrigérateur à dilution pour atteindre les températures nécessaires.
• Empreinte physique : environ 3 racks de 19”, incluant refroidissement et contrôle (une configuration particulièrement compacte pour un système quantique opérationnel).

L’architecture par tuiles concentre les fonctions critiques dans des blocs répétables, ce qui permet que de futures QPU puissent augmenter le nombre de qubits par reproduction sans repenser l’ensemble du système. La société évoque, à moyen terme, une évolutivité vers des millions de qubits, objectif encore éloigné pour toute l’industrie mais cohérent avec la stratégie de fabrication de qubits quantiques via des processus CMOS.

Pourquoi le silicium est-il si important (au point d’être central)

La majorité des roadmaps pour la quântique rencontrent deux barrières principales : produire un grand nombre de qubits avec une qualité uniforme, et les faire fonctionner avec une électronique évolutive. Le silicium CMOS offre :

1. Une chaîne industrielle existante : des fabs matures, des standards et des rendements connus. Il n’est pas nécessaire de bâtir une nouvelle industrie.
2. Une intégration dense : la possibilité d’approcher contrôle et lecture au plus près du qubit, réduisant câbles et surfaces à basses températures.
3. Le coût et la reproductibilité : des grands lots, une vérification statistique, et des économies d’échelle qui font défaut dans d’autres technologies quantiques.

Le défi reste entier : les qubits de spin demeurent fragiles, nécessitant des températures ultrabasses (réfrigération à dilution à quelques millikelvin) et un contrôle précis par pulses. Mais si cette technologie fonctionne efficacement, elle parle “le langage” de la fabrication moderne.

L’état de l’art et le contexte de précision

Le système de Quantum Motion s’appuie sur ses résultats précédents en collaboration avec University College London (UCL) : 98 % de fidélité sur des portes à deux qubits (l’unité fondamentale d’entrelacement) en silicium naturel sur puce de 300 mm, un chiffre compétitif pour cette technologie. La plateforme a été déployée au NQCC dans le cadre du Quantum Computing Testbed Programme, qui étudie sept prototypes utilisant différentes technologies.

Il est important de distinguer deux concepts : le nombre brut de qubits (“qubits totaux”) annoncé par exemple par IBM avec Condor (1121 qubits) ou Atom Computing (1180 qubits avec des atomes neutres) ne correspond pas nécessairement à un nombre utile. La fidélité et la connectivité déterminent si l’on peut réaliser une correction d’erreurs et des circuits exploitables. Le message ici n’est pas “plus de qubits que personne”, mais “des qubits fabriqués avec CMOS” et des fidélités qui aspirent à intégrer la catégorie des systèmes tolérants aux erreurs.

La promesse d’un déploiement évolutif : aujourd’hui des tuiles, demain des millions de qubits

L’approche QPU consiste à rassembler calcul, lecture et contrôle dans une matrice reproductible. En théorie, il suffirait de “dépister” davantage de tuiles pour :

• Augmenter le nombre de qubits par puce (et par pucelette).
• Simplifier le routage des signaux et réduire la longueur des câbles cryogéniques.
• Améliorer la densité et la stabilité thermique en intégrant plus de fonctions proches du qubit.

Dans la pratique, le chemin passe par SiQEC (projet de Correction d’erreur quantique en silicium) et par des architectures fault-tolerant qui multipliant le nombre de qubits physiques pour en faire quelques-uns fiables, dits “qubits logiques”. C’est là que se mesureront les véritables progrès : taux d’erreur, cycles de QEC, overheads.

En quoi cette approche diffère-t-elle des autres innovations en quantique ?

• Superconducteurs (transmons) : un écosystème puissant (IBM, Google), des fidélités élevées, mais câblage cryogénique volumineux et fabrication non CMOS.
• Ions piégés : des fidélités de premier plan et une évolutivité modulaire avec trappes et liens photoniques ; électronique et fabrication différentes du CMOS standard.
• Atomes neutres/fotonique : un grand potentiel dans l’entrelacement et certains gates ; leurs usines et chaînes d’approvisionnement sont propriétaires.
• Spin en silicium (Quantum Motion) : un moindre barrière industrielle si son intégration en CMOS est réussie, avec une promesse de densité par tuile et contrôle intégré. Le défi : fidélités soutenues et une interconnexion efficace à grande échelle.

À ce jour, aucun “gagnant” n’a émergé : chaque approche présente des compro­mises entre fidélité, évolutivité, contrôle et écosystème.

Implications pour l’industrie (et pour les centres de données)

1. Forme et dimension : environ 3 racks (avec refroidisseur et contrôle) est déroutant par rapport à un laboratoire classique. Pour les opérateurs, cela suggère une intégration plus épurée si la dissipation cryogénique et l’électronique sont standardisées.
2. Approvisionnement : si l’interface frontale est fabriquée en fabs CMOS de 300 mm, la disponibilité et le coût potentiel pourraient surpasser ceux des technologies dépendant de procédés exotiques.
3. Contrôle et lecture : intégrer des composants RF/analogiques et du multiplexage près du qubit est crucial pour faire évoluer la lecture sans accumuler une multitude de lignes cryogéniques.
4. Logiciel : la compatibilité avec Qiskit/Cirq et des stacks industriels facilite la phase d’évaluation et l’intégration de workflows hybrides (classique + quantique).
5. Feuille de route : la métrique à suivre ne se limite pas au nombre de qubits, mais concerne les démonstrations de QEC, codes de surface ou équivalents, et la mise en place de qubits logiques exploitant des cycles de vie utiles.

Prudence raisonnable

• Refroidissement : même si la forme est celle d’un rack, un réfrigérateur à dilution reste nécessaire. La gestion reste complexe et n’est pas comparable à un serveur classique.
• Fidélité et bruit : 98 % sur des portes à deux qubits ne suffit pas pour une QEC efficace ; l’industrie vise un >99,9 % stable et soutenu.
• Échelle vs contrôle : répliquer des tuiles est une étape nécessaire mais insuffisante ; l’interconnexion entre tuiles, la synchronisation des impulsions et la métrologie restent des défis majeurs.
• Délai : “des ordinateurs quantiques commerciaux dans la décennie” est ambitieux ; il y aura des étapes, des milestones intermédiaires (accélérateurs quantiques pour tâches ciblées, services en cloud avec partage de temps, etc.).

Perspectives à surveiller

• Benchmarks ouverts (Randomized Benchmarking, cross-entropy, circuits de référence) sur cette plateforme, pas en extrapolation.
• Démonstrations de QEC en bout en bout réalisées en silicium CMOS.
• Écosystème : partenaires fab, packaging cryogénique, plateformes de contrôle, fournisseurs de matériaux.
• Compatibilité logicielle : runtimes et compilateurs traduisant les algorithmes sans détour en impulsions contrôlées avec baisses et fluctuations maîtrisées.
• Reproductibilité : lots de puces 300 mm avec rendements et variabilité mesurés ; c’est ici que la promesse de “quântique en silicium” trouve ou perd son sens.

Conclusion

Le lancement de Quantum Motion n’épuise pas la discussion, mais ouvre une voie enthousiasmante : fabriquer du quantique avec des techniques silicium. Si les qubits de spin affichent une fidélité croissante, si l’intégration CMOS réduit la quantité de câbles, et si la reproduction par tuiles maintient un contrôle acceptable, alors la scalabilité — le vrai défi de la qubits — pourrait se reposer sur la plus vieille industrie du monde. La démonstration de la correction d’erreurs à l’échelle et des qubits logiques durables reste à faire ; jusque-là, la prudence reste de mise. Mais le message est clair : la quântique veut parler le langage CMOS, et un premier prototype en trois racks est déjà en marche.

via : quantum motion