Une équipe multidisciplinaire réunissant des chercheurs des universités de Boston, Berkeley et Northwestern a réussi à intégrer des sources de lumière quantique et un contrôle électronique sur une seule puce en silicium, utilisant une plateforme commerciale de 45 nanomètres. Publiée dans Nature Electronics, cette avancée marque la création du premier système électronique-fotonique quantique entièrement intégré, fabriqué selon des processus CMOS standards, ouvrant ainsi la voie à une nouvelle génération de puces quantiques « prêtes à évoluer ».

Cette « fabrique de lumière quantique » miniature fonctionne comme un réseau capable de produire des paires de photons corrélés, composants essentiels pour la computation quantique, les communications sécurisées et la détection ultra précise. La puce, de la taille d’un millimètre carré, contient des résonateurs microrings en silicium, reconnus par des leaders tels que Jensen Huang d’NVIDIA comme éléments clés pour l’avenir de la photonique optique. La principale difficulté technologique a été la stabilisation de ces résonateurs, extrêmement sensibles aux variations thermiques et de fabrication. Les chercheurs ont intégré des capteurs photonique et des systèmes de contrôle thermique directement sur la puce, permettant d’ajuster en temps réel la résonance de chaque source quantique. La puce peut gérer jusqu’à 12 sources de photons en parallèle tout en maintenant leur synchronisation malgré les interférences internes.

Ce progrès s’appuie sur une plateforme CMOS de 45 nm élaborée en collaboration avec GlobalFoundries et Ayar Labs, ce qui prouve que l’intégration quantique peut évoluer à l’échelle industrielle sans dépendre de processus expérimentaux. Selon Miloš Popović de l’Université de Boston, « c’est un petit pas dans l’évolution des systèmes quantiques, mais un pas essentiel, car il se fait en utilisant des procédés commerciaux et reproductibles ».

La fabrication commerciale d’un tel dispositif représente une étape décisive vers des systèmes quantiques miniaturisés, contrôlables et évolutifs par leur conception. Son potentiel s’étend autant aux infrastructures de communication sécurisée qu’aux composants clés pour des architectures de calcul quantique hybrides ou des capteurs de haute précision. De nombreux chercheurs impliqués dans ce projet rejoignent déjà des entreprises innovantes telles que PsiQuantum, Ayar Labs ou Google X, attestant de l’élan que prend la photonique en silicium tant pour l’intelligence artificielle que pour la computation quantique intégrée.

Ce progrès a été soutenu par la National Science Foundation (NSF), le programme FuSe dédié au futur des semi-conducteurs, ainsi que par la Packard Foundation et la Catalyst Foundation, renforçant un écosystème académique et industriel engagé à faire passer la technologie quantique du laboratoire au marché.

Ce premier système électronique-fotonique quantique commercialisé annonce une nouvelle ère où la puissance du calcul quantique peut s’appuyer sur des technologies déjà fondamentales dans l’intelligence artificielle et la révolution numérique.