Fujitsu dévoile un prototype qui pourrait changer notre façon de connecter les ordinateurs quantiques entre eux
Il existe peu de matériaux aussi chargés de symbolique que le diamant : synonyme de dureté extrême, de pureté et, depuis quelques décennies, de promesses scientifiques insoupçonnées. Le géant japonais Fujitsu vient d’ajouter une ligne à cette liste déjà impressionnante. L’entreprise a présenté le tout premier prototype fonctionnel au monde d’ordinateur quantique à spin de diamant, une machine capable de tourner à -271,6 °C, soit à peine 1,6 °C au-dessus du zéro absolu, la température la plus froide théoriquement atteignable dans l’univers.
Ce n’est pas seulement un exploit de laboratoire à ranger dans la catégorie des curiosités scientifiques. Cette technologie pourrait bien répondre à l’un des plus grands casse-têtes de l’informatique quantique actuelle : comment relier entre eux plusieurs petits ordinateurs quantiques pour en faire, à terme, une machine beaucoup plus puissante ? Décortiquons ensemble ce que cette annonce signifie réellement, et pourquoi Fujitsu vise les 1 000 qubits logiques d’ici 2035.
| 📘 À SAVOIR Un qubit (contraction de « bit quantique ») est l’équivalent, dans un ordinateur quantique, du bit classique de votre ordinateur, sauf qu’au lieu de ne valoir que 0 ou 1, il peut se trouver dans une combinaison des deux états à la fois, grâce à un phénomène appelé « superposition ». C’est cette propriété, associée à l’intrication quantique entre plusieurs qubits, qui permet en théorie à un ordinateur quantique de résoudre certains problèmes bien plus rapidement qu’une machine classique. |
Pourquoi utiliser un diamant pour faire de l’informatique quantique ?
L’idée peut sembler exotique au premier abord, mais elle repose sur une logique assez élégante. Un diamant parfait, c’est-à-dire un cristal de carbone dont tous les atomes sont parfaitement alignés, n’a rien de particulièrement intéressant pour l’informatique quantique. Ce qui change tout, en revanche, ce sont ses défauts : de minuscules imperfections dans la structure cristalline, aussi appelées « centres colorés », où un atome de carbone manque à l’appel ou est remplacé par un autre élément chimique.
Jusqu’ici, la recherche s’appuyait principalement sur des « centres azote-lacune » (notés NV, pour Nitrogen-Vacancy) : un atome d’azote vient se loger juste à côté d’un emplacement vide dans le réseau du diamant. Ce petit défaut se comporte alors comme un qubit à part entière, capable de stocker et de manipuler de l’information quantique et cerise sur le gâteau, il peut le faire à des températures bien plus « clémentes » que les ordinateurs quantiques supraconducteurs classiques, qui nécessitent des froids encore plus extrêmes.
L’innovation clé : remplacer l’azote par de l’étain
Pour son nouveau prototype, Fujitsu a fait un choix différent : plutôt que des centres NV, les ingénieurs de l’entreprise ont misé sur des « centres étain-lacune » (SnV, pour Tin-Vacancy), où c’est un atome d’étain qui vient se glisser, cette fois, entre deux lacunes du réseau cristallin, une configuration légèrement différente, mais aux conséquences pratiques considérables.
Deux avantages ressortent particulièrement : d’une part, la structure symétrique de ces centres SnV les rend bien moins sensibles au bruit électromagnétique environnant que les centres NV traditionnels, un peu comme un instrument de musique parfaitement équilibré qui résiste mieux aux vibrations parasites. D’autre part, ces centres émettent une lumière environ dix fois plus intense que leurs cousins azote-lacune, ce qui facilite grandement la communication optique entre différents modules quantiques.
| 💡 C’est précisément cette caractéristique lumineuse qui constitue le cœur de l’innovation de Fujitsu. Dans un ordinateur quantique classique, les qubits doivent rester extrêmement proches les uns des autres pour interagir. Avec des centres SnV capables d’émettre une lumière suffisamment intense et stable, on peut imaginer relier plusieurs modules quantiques distincts par de simples fibres optiques, un peu comme on relierait plusieurs ordinateurs classiques par un câble réseau, sauf qu’ici, l’information transportée reste quantique de bout en bout. |
De la théorie au prototype : comment Fujitsu a construit sa puce
Fabriquer un tel dispositif relève d’une prouesse d’ingénierie assez vertigineuse. Les équipes de Fujitsu ont d’abord dû coller des substrats de diamant de très haute qualité, préalablement dopés à l’étain, sur des couches d’alumine et de dioxyde de silicium, les mêmes matériaux que l’on retrouve, sous d’autres formes, dans l’industrie des semi-conducteurs classiques. Le diamant a ensuite été aminci de façon spectaculaire : d’une épaisseur initiale de plusieurs centaines de micromètres, il a été réduit à quelques centaines de nanomètres seulement, soit environ mille fois plus fin qu’un cheveu humain.
Cette fine couche de diamant a ensuite été intégrée à des circuits photoniques, des puces capables de guider la lumière avec une précision extrême, un peu à la manière dont un circuit électronique classique guide le courant. Le pilotage des qubits ainsi obtenus se fait par une combinaison de lumière, de micro-ondes et d’ondes radiofréquences, le tout accessible, selon Fujitsu, sans nécessiter de compétences techniques particulières de la part des utilisateurs finaux, le prototype a d’ailleurs déjà été testé sur la plateforme d’informatique quantique hybride de l’entreprise.
Qubits physiques, qubits logiques : la nuance qui change tout
Si vous avez déjà entendu parler d’informatique quantique, vous avez probablement croisé des annonces mettant en avant des centaines, voire des milliers de qubits. Sauf qu’il existe une distinction essentielle : celle entre qubit physique et qubit logique.
Un qubit physique est un composant matériel réel : dans le cas présent, un centre SnV unique niché dans le diamant. Le problème, c’est que ces qubits physiques sont extrêmement fragiles : la moindre perturbation extérieure (chaleur résiduelle, vibration, champ magnétique parasite) peut faire perdre l’information qu’ils contiennent, un phénomène appelé « décohérence ».
Un qubit logique, à l’inverse, est une sorte de qubit « assemblé » à partir de plusieurs qubits physiques, organisés de façon à ce que les erreurs des uns puissent être détectées et corrigées grâce aux autres : un mécanisme de sécurité redondante, un peu comme un système de copies de sauvegarde permet de récupérer un fichier corrompu. C’est ce niveau de fiabilité, le qubit logique, qui est réellement nécessaire pour exécuter des calculs quantiques utiles et fiables à grande échelle.
Or, plus les qubits physiques de départ sont stables et peu sujets au bruit, moins il en faut pour construire un seul qubit logique fiable. C’est exactement l’argument avancé par Fujitsu pour justifier son choix des centres SnV : leur meilleure résistance intrinsèque au bruit permettrait, en théorie, d’atteindre un qubit logique robuste avec moins de qubits physiques que les approches concurrentes, un raccourci non négligeable quand on sait que certaines estimations évoquent plusieurs centaines, voire plusieurs milliers de qubits physiques nécessaires pour un seul qubit logique dans certaines architectures supraconductrices.
Où se situe cette approche parmi les grandes familles d’ordinateurs quantiques ?
Il n’existe pas aujourd’hui une seule et unique façon de construire un ordinateur quantique, mais plutôt plusieurs familles technologiques concurrentes, chacune avec ses forces et ses limites :
- Les supraconducteurs (utilisés notamment par IBM et Google) : rapides à manipuler, mais nécessitant un refroidissement extrême et souffrant d’un temps de cohérence assez court, de l’ordre de la microseconde.
- Les ions piégés (IonQ, Quantinuum) : très fiables et dotés d’un temps de cohérence bien plus long, mais plus difficiles et plus lents à faire fonctionner à grande échelle.
- Les atomes neutres (QuEra, Atom Computing) : prometteurs en matière de passage à l’échelle, mais dont le contrôle précis reste techniquement complexe.
- La photonique (Xanadu, PsiQuantum) : capable de fonctionner à température ambiante pour certains composants, particulièrement adaptée aux réseaux quantiques, mais confrontée à des pertes optiques encore difficiles à maîtriser.
- Le spin de diamant, l’approche de Fujitsu : elle combine certains avantages de la photonique (communication par la lumière) avec la stabilité propre aux défauts cristallins, tout en visant une meilleure compatibilité avec les infrastructures supraconductrices existantes.
| ⚠️ ATTENTION Un point de vigilance à garder en tête : ce prototype reste, à ce stade, une démonstration de faisabilité technique, pas une machine commerciale. Fujitsu elle-même ne prévoit un système multi-modules qu’à l’horizon 2027, et un système de 250 qubits logiques seulement pour l’exercice fiscal 2030. L’écart entre un prototype qui fonctionne en laboratoire et une machine réellement exploitable à grande échelle reste, historiquement, l’un des plus grands défis de toute l’industrie quantique, bien des annonces prometteuses de ces dernières années n’ont pas tenu leurs délais initiaux. |
Pourquoi cette avancée pourrait vous concerner, même sans PhD en physique
On pourrait légitimement se demander en quoi un prototype de laboratoire japonais refroidi à quelques degrés du zéro absolu concerne le grand public. La réponse tient en un mot : la puissance de calcul. Les ordinateurs quantiques suffisamment puissants et fiables pourraient, à terme, accélérer considérablement la découverte de nouveaux médicaments (en simulant précisément le comportement de molécules complexes), optimiser des chaînes logistiques mondiales, ou encore renforcer, ou au contraire menacer, les systèmes de chiffrement qui protègent aujourd’hui nos données bancaires et nos communications en ligne.
Un exemple concret : simuler avec précision le comportement d’une molécule de caféine, un objet pourtant minuscule et familier, dépasse déjà largement les capacités des supercalculateurs classiques les plus puissants au monde, tant le nombre d’états quantiques possibles à considérer explose de façon vertigineuse. Un ordinateur quantique suffisamment robuste pourrait, en théorie, accomplir ce type de simulation de façon native, ouvrant la voie à une nouvelle génération de matériaux et de médicaments conçus numériquement avant même d’être synthétisés en laboratoire.
Ce qui rend cette annonce de Fujitsu particulièrement intéressante à nos yeux, ce n’est pas tant le chiffre de température affiché mais plutôt la logique architecturale qui le sous-tend : plutôt que de chercher à construire un unique ordinateur quantique gigantesque et monolithique, l’entreprise mise sur des modules plus modestes, reliés entre eux par la lumière. Reste, comme souvent en matière quantique, à transformer l’essai en usage concret, le chemin entre un prototype de laboratoire et une machine réellement utile au quotidien demeure, pour l’heure, encore largement à défricher.
Source : Fujitsu Global