Les cages de lumière pourraient résoudre le problème de mémoire de l'informatique quantique

Le goulot d'étranglement : pourquoi l'informatique quantique a besoin de nouvelles mémoires

Pour qu'un ordinateur quantique puisse être utilisé, sinon de manière routinière, du moins de manière fiable, il devra reproduire avec des composants compatibles quantiques la plupart des fonctions assurées par les semi-conducteurs en silicium : non seulement le calcul (processeur/puces), mais aussi la mise en réseau et la mémoire.

Le développement des réseaux progresse. Nous avons assisté à la sortie de QNodeOS, un système d'exploitation. dédié aux réseaux quantiques, Aux côtés de puces photoniques produites en masse, amplificateurs nanophotoniques à l'erbium et téléportation quantique utilisant des réseaux de fibres optiques traditionnels.

Mais la mémoire s'est avérée plus insaisissable. bien que les ondes sonores puissent fournir une sorte de solution hybride à la question de la stabilité.

Cette difficulté provient du fait que les qubits sont extrêmement instables, ce qui nécessite des matériaux supraconducteurs, une isolation totale contre les interférences environnementales et des températures ultra-froides.

La mise en réseau peut contribuer à pallier partiellement le manque de mémoire en transmettant des informations à d'autres qubits physiques au sein d'un cluster, mais cette solution a ses limites. À terme, les calculs complexes nécessiteront un système de mémoire durable (à l'échelle quantique) capable de conserver les données quantiques de manière fiable.

C’est précisément ce que semblent avoir réussi à réaliser des chercheurs en Allemagne, à l’Université Humboldt de Berlin, à l’Université de Stuttgart et à l’Institut Leibniz de technologie photonique.

Ils ont créé une « cage de lumière » nanoscopique capable de conserver des données quantiques pendant une durée sans précédent. Ils ont publié leurs résultats dans la revue scientifique Light: Science & Applications.¹, sous le titre "Stockage de lumière dans des cages de lumière : une plateforme évolutive pour les mémoires quantiques multiplexées ».

Que sont les « cages de lumière » nanoscopiques ?

La mémoire quantique désigne les composants capables de stocker et de préserver intactes les informations quantiques (qubits).

En pratique, cela fonctionne comme la RAM : non pas pour le stockage de données à long terme, mais pour maintenir les données accessibles pour l’étape suivante d’un processus de calcul.

Cela nécessite trois étapes successives :

1. Capture de l'état quantique.
2. Stocker cet état dans un format plus stable que les qubits volatils.
3. Récupération des données pour traitement ultérieur.

Comment fonctionnent les cages lumineuses imprimées en 3D

Le principe fondamental des travaux des chercheurs allemands repose sur le concept de « cage à lumière ». Ces structures nanoscopiques sont conçues pour retenir la lumière sans qu'elle perde ses caractéristiques quantiques.

Source: Léger

Dans ce cas précis, ils ont utilisé des guides d'ondes à cœur creux remplis d'une vapeur atomique d'atomes de césium.

Les structures elles-mêmes ont été construites à l'aide de la technologie de nano-impression, plus précisément de la lithographie par polymérisation à deux photons avec des systèmes d'impression 3D commerciaux.

Pour garantir une stabilité à long terme dans l'environnement réactif du césium, les structures sont recouvertes d'une couche protectrice, démontrant une durabilité remarquable sans aucune dégradation observée même après cinq ans de fonctionnement.

Source: Léger

Avantages par rapport à la mémoire quantique traditionnelle

Cette conception offre des avantages uniques par rapport aux tentatives précédentes.

Premièrement, ces structures nano-imprimées permettent une diffusion rapide des atomes de césium. Cela réduit le temps nécessaire pour remplir le cœur de vapeur atomique de plusieurs mois à quelques jours seulement, tout en maintenant un excellent confinement du champ optique.

Deuxièmement, la conception permet un accès latéral unique aux régions centrales, facilitant la récupération des données quantiques en cas de besoin.

« Nous avons créé une structure de guidage qui permet une diffusion rapide des gaz et des fluides à l'intérieur de son noyau, grâce à la polyvalence et à la reproductibilité offertes par le procédé de nano-impression 3D. »

Cela permet une véritable évolutivité de cette plateforme, non seulement pour la fabrication intra-puce des guides d'ondes, mais aussi inter-puces, pour la production de plusieurs puces aux performances identiques.

Cette évolutivité facilite grandement le passage à une commercialisation industrielle. Elle permet d'intégrer plusieurs cages optiques sur une même puce, augmentant ainsi la capacité de mémoire totale potentielle d'un processeur quantique. Les variations au sein d'une même puce sont restées inférieures à 2 nanomètres, tandis que les différences entre les puces sont demeurées inférieures à 15 nanomètres.

Comme les performances de stockage entre les différentes cages d'éclairage sont minimales et constantes, la conception offre aux ingénieurs des attentes fiables.

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Autre différence majeure par rapport à la plupart des technologies d'informatique quantique : la mémoire à cage de lumière fonctionne à une température légèrement supérieure à la température ambiante et ne nécessite pas de refroidissement cryogénique. Cela la rend non seulement plus fiable, mais aussi nettement plus économique.

Combien de temps les cages lumineuses peuvent-elles stocker des données ?

Ces cages optiques permettent une conversion très efficace d'impulsions lumineuses guidées en excitations atomiques collectives. Un laser de contrôle optique peut ensuite libérer la lumière à la demande, récupérant ainsi les données pour des calculs quantiques ultérieurs.

L'équipe de recherche a réussi à stocker des impulsions lumineuses atténuées ne contenant que quelques photons pendant des durées de plusieurs centaines de nanosecondes.

Source: Léger

Bien que cette échelle de temps puisse paraître courte, en termes de réseaux quantiques et de mémoire photonique, elle représente une durée de stockage exceptionnellement longue et stable, notamment pour les systèmes compatibles avec la température ambiante.

Mise à l'échelle des réseaux quantiques avec mémoire optique

Si les réseaux ont jusqu'à présent permis de compenser le manque de mémoire, une mémoire fiable pourrait inversement contribuer à la création de réseaux plus complexes.

En créant un stockage fiable, la mémoire quantique peut servir de nœuds répéteurs, améliorant considérablement la fiabilité et la portée du réseau quantique. Il s'agit d'une avancée majeure vers l'interconnexion de plusieurs puces quantiques au sein d'un même supercalculateur, ainsi que vers la connexion d'ordinateurs quantiques physiquement distants.

Conclusion

L'informatique quantique a connu des progrès considérables ces dernières années, avec le développement de réseaux et de puces quantiques plus grandes et évolutives. Le chaînon manquant pour un ordinateur quantique complet ou un réseau quantique à grande échelle était la fiabilité des composants de mémoire.

L'utilisation de ces cages lumineuses améliorées pourrait bien être la clé pour accélérer le développement de l'informatique quantique, grâce à son processus de fabrication peu coûteux et fiable.

La prochaine étape consistera probablement en des tests pratiques avec des puces quantiques existantes et en l'optimisation du processus de fabrication afin de l'intégrer aux pratiques standard d'une fonderie de semi-conducteurs.

Investir dans l'informatique quantique

Honeywell / Quantum (HON)

Quantinuum est le résultat de la fusion de Honeywell Quantum Solutions et de Cambridge Quantum.

Honeywell demeure l'actionnaire majoritaire de la société (probablement avec une participation de 52 %). après une levée de fonds la valorisant à 10 milliards de dollarsLe fondateur, Ilyas Khan, détiendrait environ 20 % du capital de l'entreprise. Parmi les autres actionnaires figurent JSR Corporation, Mitsui, Amgen, IBM et JP Morgan.

Une éventuelle introduction en bourse de Quantinuum, potentiellement dans le cadre d'une restructuration d'entreprise plus vaste, Les analystes estiment sa valeur à près de 20 milliards de dollars. pourrait se produire entre 2026 et 2027.

L'informatique quantique ne constitue pas le cœur de métier d'Honeywell, dont les activités sont davantage axées sur les produits aérospatiaux, l'automatisation et les produits chimiques et matériaux de spécialité.

Chacun de ces domaines pourrait cependant bénéficier de l’informatique quantique, en particulier chimie computationnelle et la cybersécurité quantique, donnant potentiellement à Honeywell un avantage sur ses concurrents.

Le modèle principal de l'entreprise pour le moment est Helios, successeur de H2, et « ordinateur quantique le plus précis au monde »Il possède un nombre record de 98 qubits physiques entièrement connectés, avec une fidélité de porte à un seul qubit de 99.9975 % et une fidélité de porte à deux qubits de 99.921 % sur toutes les paires de qubits.

Nous avons également utilisé Helios pour effectuer des simulations à grande échelle dans supraconductivité à haute température et le magnétisme quantique, deux domaines qui offrent des perspectives claires d'applications industrielles concrètes.

L'entreprise a privilégié une informatique de haute qualité avec très peu d'erreurs, plutôt que de simplement ajouter autant de qubits que possible, créant ainsi ce que l'on appelle l'« informatique quantique tolérante aux pannes ».

Cette approche est baptisée par la société « Meilleurs qubits, meilleurs résultats », avec une quantité similaire de qubits obtenant des résultats 100 à 1,000 XNUMX fois plus fiables.

Source: quantique

Cela pourrait faire une différence notable dans le domaine de la cryptographie résistante à l'informatique quantique, dont le besoin est urgent. La société de défense Thales (HO.PA -0.96%) est déjà en collaboration avec Quantinuum, de même que banques internationales comme HSBC JP Morgan.

Quantinuum propose également sa propre chimie computationnelle quantique DansQuanto, utilisable pour les applications pharmaceutiques, scientifiques des matériaux, chimiques, énergétiques et aérospatiales.

Comme beaucoup d’autres sociétés d’informatique quantique, Quantinuum propose Helios en tant que « matériel en tant que service »., permettant aux utilisateurs de bénéficier de l’informatique quantique sans avoir à gérer eux-mêmes la complexité du fonctionnement du système.

Quantinuum a signé en novembre 2024 un partenariat avec l'allemand InfineonInfineon, premier fabricant européen de semi-conducteurs, apportera sa technologie intégrée de photonique et d'électronique de contrôle pour contribuer à la création de la prochaine génération d'ordinateurs quantiques à ions piégés.

À mesure que la photonique intégrée se rapproche d'applications concrètes, l'importance de ce partenariat pour l'avenir de Quantinuum apparaît clairement. Il semble que la prochaine étape pour l'entreprise sera de commercialiser la première puce photonique quantique au monde dédiée à l'intelligence artificielle.

Dans les mois à venir, Quantinuum partagera les résultats des collaborations en cours, mettant en valeur le potentiel révolutionnaire des avancées quantiques dans l'IA générative.

La capacité innovante Gen QAI améliorera et accélérera l'utilisation des structures organiques métalliques pour l'administration de médicaments, ouvrant la voie à des options de traitement plus efficaces et personnalisées, dont les détails seront dévoilés lors du lancement d'Helios.

Quantinuum annonce une percée dans l'IA quantique générative avec un potentiel commercial énorme

Des cas d'utilisation plus fréquents pourraient fortement accroître la valeur future de l'entreprise et, par conséquent, la participation de Honeywell dans celle-ci.

Intelligence artificielle quantique générative : libérer tout le potentiel de l’IA

(Vous pouvez en savoir plus sur le reste des activités industrielles d'Honeywell dans l'automatisation, l'aérospatiale et les matériaux avancés dans le rapport consacré à l'entreprise.)

Actualités et développements récents concernant l'action Honeywell (HON)

Étude référencée

^{1. Gómez-López, E., Ritter, D., Kim, J. et al. Stockage de lumière dans des cages de lumière : une plateforme évolutive pour les mémoires quantiques multiplexées. Applications des sciences de la lumière 15, 13 (2026). https://doi.org/10.1038/s41377-025-02085-5}