Informatique
Les cages de lumière pourraient résoudre le problème de mémoire de l’informatique quantique
Le goulet d’étranglement : pourquoi l’informatique quantique a besoin d’une nouvelle mémoire
Pour qu’un ordinateur quantique commence à être utilisé, même de façon ponctuelle mais fiable, il devra reproduire avec des composants compatibles quantiques la plupart des fonctions assurées par les semi‑conducteurs en silicium : pas seulement le calcul (processeur/puces), mais aussi le réseau et la mémoire.
Le réseautage progresse. Nous avons vu la sortie de QNodeOS, un système d’exploitation dédié au réseautage quantique, aux côtés de puces photoniques massivement produisables, amplificateurs nanophotoniques à l’erbium, et téléportation quantique utilisant les réseaux de fibres optiques traditionnels.
Cependant, la mémoire s’est avérée plus insaisissable, bien que les ondes sonores puissent offrir une sorte de solution hybride au problème de stabilité.
Cette difficulté provient du fait que les qubits sont extrêmement instables, nécessitant des matériaux supraconducteurs, une isolation totale des interférences environnementales et des températures ultra‑basses.
Le réseautage peut partiellement atténuer le manque de mémoire en transmettant l’information vers d’autres qubits physiques d’un même cluster, mais cette option a ses limites. À un certain point, des calculs complexes exigeront un système de mémoire durable (selon les standards quantiques) capable de conserver les données quantiques de façon fiable.
C’est exactement ce que des chercheurs en Allemagne à la Humboldt‑Universität zu Berlin, à l’Université de Stuttgart et à l’Institut Leibniz de Technologie Photonique semblent avoir réalisé.
Ils ont créé une « cage de lumière » nanoscopique capable de retenir des données quantiques pendant une durée sans précédent. Ils ont publié leurs résultats dans la revue scientifique Light : Science & Applications1, sous le titre « Light storage in light cages : a scalable platform for multiplexed quantum memories ».
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 de la RAM : non pas pour le stockage à long terme, mais pour garder les données accessibles à l’étape suivante d’un processus de calcul.
Cela nécessite trois étapes successives :
- Capturer l’état quantique.
- Stocker cet état dans un format plus stable que les qubits volatils.
- Récupérer les données pour un traitement ultérieur.
Comment fonctionnent les cages de lumière imprimées en 3D
Le socle du travail des chercheurs allemands est la « cage de lumière ». Ces structures nanoscopiques sont conçues pour retenir la lumière sans qu’elle perde ses caractéristiques quantiques.
Source: Light
Dans ce cas précis, ils ont utilisé des guides d’ondes à cœur creux remplis d’un vapeur atomique de césium.
Les structures elles‑mêmes ont été fabriquées grâce à la nanoprinting, plus précisément par lithographie de 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 revêtues d’une couche protectrice, démontrant une durabilité remarquable sans aucune dégradation même après cinq ans de fonctionnement.
Source: Light
Avantages par rapport aux mémoires quantiques traditionnelles
Ce design offre des avantages uniques comparé aux tentatives antérieures.
Premièrement, ces structures nanoprintées 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, tout en maintenant un excellent confinement du champ optique.
Deuxièmement, le design autorise un accès latéral unique aux régions du cœur, facilitant la récupération des données quantiques lorsque cela est nécessaire.
« Nous avons créé une structure guidante qui permet une diffusion rapide des gaz et des fluides à l’intérieur de son cœur, avec la polyvalence et la reproductibilité offertes par le processus de nanoprinting 3D.
Cela rend réellement évolutif cette plateforme, non seulement pour la fabrication intra‑puce des guides d’ondes mais aussi inter‑puce, pour produire plusieurs puces avec les mêmes performances. »
Cette évolutivité facilite grandement le passage à une étape industrielle commerciale. Elle permet d’intégrer plusieurs cages de lumière sur la même puce, augmentant le potentiel de mémoire totale d’un processeur quantique. Les variations au sein d’une même puce ont été maintenues en dessous de 2 nm, tandis que les différences entre puces sont restées sous 15 nm.
Comme les performances de stockage entre différentes cages de lumière sont minimes et cohérentes, le design génère des attentes fiables pour les ingénieurs.
Glissez pour faire défiler →
| Approche de mémoire quantique | Excitation stockée / Milieu | Conditions de fonctionnement typiques | Évolutivité & Intégration | Principaux compromis |
|---|---|---|---|---|
| « Cages de lumière » nanoprintées (ce travail) | Impulsions lumineuses guidées mappées sur des excitations atomiques collectives (vapeur de césium dans des guides à cœur creux) | Fonctionnement légèrement au‑dessus de la température ambiante ; aucune cryogénie ni piégeage atomique complexe décrits | L’impression 3D nanométrique (polymérisation à deux photons) supporte des structures sur puce répétables et multiplexées ; accès latéral pour le contrôle/la lecture | Les temps de stockage présentés sont de l’ordre de centaines de nanosecondes ; la valeur principale réside dans la fabricabilité + le multiplexage + des conditions d’utilisation assouplies |
| Mémoires à ensemble d’atomes froids | Excitations atomiques dans des nuages d’atomes laser‑refroidis | Ultra‑haut vide, laser‑refroidissement, optique de piégeage (infrastructure de laboratoire complexe) | Excellentes performances en contexte de recherche ; plus difficile à miniaturiser et à déployer à grande échelle comparé aux approches « chip‑first » | Physique excellente, mais la complexité du système et son empreinte limitent le déploiement pratique |
| Crystals dopés aux terres rares | Excitations optiques dans des dopants à l’état solide (ex. ions de terres rares) | Souvent cryogénique pour une cohérence optimale ; solides stables mais nécessitant un refroidissement exigeant | Modules potentiellement compacts ; l’intégration dépend de l’emballage photoniques et des pertes d’accouplement | Fort potentiel de cohérence, mais les contraintes de température/refroidissement et d’efficacité d’accouplement sont pratiques |
| Mémoires à base de spin (centres NV / ensembles de spin) | États de spin électron/nucléaire dans des solides | Varie largement (souvent environnements contrôlés ; parfois cryogénique pour des performances optimales) | Attrayant pour l’intégration à l’état solide ; les interfaces optiques et le rendement de fabrication peuvent être difficiles | Les états de spin à longue durée de vie sont prometteurs, mais l’interfaçage photon‑spin peut constituer le goulet d’étranglement |
| Mémoires à résonateur supraconducteur | Photons micro‑ondes / excitations dans des circuits supraconducteurs | Fonctionnement cryogénique (réfrigérateur à dilution) | Forte compatibilité avec les processeurs supraconducteurs ; l’évolutivité dépend du câblage cryogénique, du budget thermique et de la capacité du réfrigérateur | Intégration étroite avec les piles QC actuelles, mais la cryogénie et la complexité du système restent inévitables |
Un autre changement majeur comparé à la plupart des technologies d’informatique quantique est que la mémoire des cages de lumière fonctionne légèrement au‑dessus de 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 de lumière peuvent‑elles stocker des données ?
Les cages de lumière 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 les données pour d’autres calculs quantiques.
L’équipe de recherche a stocké avec succès des impulsions lumineuses atténuées contenant seulement quelques photons pendant plusieurs centaines de nanosecondes.
Source: Light
Bien que cette échelle de temps puisse sembler courte, dans le domaine du réseautage quantique et des mémoires photoniques, elle représente une durée de stockage exceptionnellement longue et stable, surtout pour des systèmes compatibles à température ambiante.
Évolutivité des réseaux quantiques avec la mémoire optique
Alors que les réseaux ont jusqu’à présent aidé à compenser le manque de mémoire, une mémoire fiable pourrait à son tour aider à créer des réseaux plus complexes.
En créant un stockage fiable, la mémoire quantique peut servir de nœuds répéteurs, augmentant considérablement la fiabilité et la portée du réseau quantique. C’est une étape majeure vers l’interconnexion de plusieurs puces quantiques dans un super‑ordinateur, ainsi que vers la connexion de ordinateurs quantiques physiquement distants.
Conclusion
L’informatique quantique a réalisé des progrès massifs ces dernières années, avec le développement du réseautage et de puces quantiques plus grandes et évolutives. Le maillon manquant pour un ordinateur quantique complet ou un réseau quantique à grande échelle était des composants de mémoire fiables.
L’utilisation de ces cages de lumière améliorées pourrait être exactement la clé pour accélérer le développement de l’informatique quantique, grâce à son processus de fabrication bon marché et fiable.
La prochaine étape sera probablement des tests pratiques avec les puces quantiques existantes et l’optimisation du processus de fabrication afin de l’intégrer aux pratiques standards d’une fonderie de semi‑conducteurs.
Investir dans l’informatique quantique
Honeywell / Quantinuum (HON)
(HON )
Quantinuum est le résultat de la fusion de Honeywell Quantum Solutions et de Cambridge Quantum.
Honeywell reste l’actionnaire majoritaire de l’entreprise (probablement 52 % de participation) après une levée de fonds valorisant la société à 10 milliards de dollars. Le fondateur Ilyas Khan détiendrait environ 20 % de la société. D’autres actionnaires incluent 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 large, est estimée par les analystes à une valeur pouvant atteindre 20 milliards de dollars et pourrait se produire entre 2026 et 2027.
L’informatique quantique n’est pas le cœur de métier de Honeywell, qui se concentre davantage sur les produits aérospatiaux, l’automatisation et les produits chimiques & matériaux spécialisés.
Chacun de ces domaines pourrait toutefois bénéficier de l’informatique quantique, en particulier la chimie computationnelle et la cybersécurité quantique, offrant potentiellement à Honeywell un avantage concurrentiel.
Le modèle principal de l’entreprise aujourd’hui est Helios, le successeur de H2, et le « ordinateur quantique le plus précis du monde ». Il possède un record de 98 qubits physiques entièrement connectés avec une fidélité de porte à un qubit de 99,9975 % et une fidélité de porte à deux qubits de 99,921 % sur toutes les paires de qubits.
Nous avons également exploité Helios pour réaliser des simulations à grande échelle dans la supraconductivité à haute température et le magnétisme quantique — tous deux avec des voies claires vers des applications industrielles réelles.
L’entreprise a poursuivi une informatique de haute qualité avec très peu d’erreurs, plutôt que d’ajouter simplement le plus grand nombre possible de qubits, créant ainsi ce que l’on appelle « l’informatique quantique tolérante aux fautes ».
Cette approche est qualifiée par l’entreprise « Meilleurs qubits, meilleurs résultats », avec un nombre similaire de qubits obtenant des résultats 100 à 1 000 fois plus fiables.
Source: Quantinuum
Cela pourrait faire une différence notable dans la cryptographie résistante aux qubits, qui est urgemment nécessaire. La société de défense Thales (HO.PA -0,96 %) collabore déjà avec Quantinuum, tout comme les banques internationales telles que HSBC et JP Morgan .
Quantinuum propose également sa chimie computationnelle quantique propriétaire InQuanto, utilisable pour les produits pharmaceutiques, les sciences des matériaux, les produits chimiques, l’énergie et les applications aérospatiales.
Comme de nombreuses autres entreprises d’informatique quantique, Quantinuum propose Helios en tant que « hardware‑as‑a‑service », permettant aux utilisateurs de bénéficier de l’informatique quantique sans devoir gérer la complexité du fonctionnement du système.
Quantinuum a signé en novembre 2024 un partenariat avec Infineon, le plus grand fabricant de semi‑conducteurs d’Europe. Infineon apportera sa technologie de photonique intégrée et d’électronique de contrôle pour aider à créer la prochaine génération d’ordinateurs quantiques à ions piégés.
Alors que la photonique intégrée se rapproche des cas d’usage pratiques, il est désormais clair à quel point ce partenariat pourrait être crucial pour l’avenir de Quantinuum. À ce stade, il semble que la prochaine étape pour l’entreprise sera de lancer le premier puce photoniques‑quantique axée sur l’IA au monde.
Dans les prochains mois, Quantinuum partagera les résultats des collaborations en cours, montrant le potentiel révolutionnaire des avancées quantiques dans l’IA générative.
La capacité innovante Gen QAI améliorera et accélérera l’utilisation des cadres organiques métalliques pour la délivrance de médicaments, ouvrant la voie à des traitements plus efficaces et personnalisés, avec des détails qui seront dévoilés lors du lancement d’Helios.
Quantinuum annonce une percée en IA quantique générative avec un potentiel commercial massif
D’autres cas d’usage en cours pourraient fortement augmenter la valeur future de l’entreprise et, par conséquent, la participation de Honeywell.
IA quantique générative : libérer le plein potentiel de l’IA
(Vous pouvez lire davantage sur le reste des activités industrielles de Honeywell dans l’automatisation, l’aérospatiale et les matériaux avancés dans le rapport dédié à l’entreprise.)
Dernières actualités boursières de Honeywell (HON) et développements
Étude référencée
1. Gómez-López, E., Ritter, D., Kim, J. et al. Light storage in light cages: a scalable platform for multiplexed quantum memories. Light Sci Appl 15, 13 (2026). https://doi.org/10.1038/s41377-025-02085-5
