Nouvelle métasurface crée une source de lumière quantique évolutive

Résoudre la lumière quantique

L’informatique quantique promet de résoudre des calculs aujourd’hui hors de portée, pourrait fragiliser certaines formes actuelles de chiffrement et pourrait aussi permettre des ordinateurs très sobres en énergie.

Si les ordinateurs quantiques devenaient assez puissants, ils pourraient transformer la médecine grâce au calcul rapide de la configuration tridimensionnelle des protéines, ainsi que la science des matériaux, la modélisation climatique ou encore l’entraînement de systèmes d’IA.

La communication entre puces et ordinateurs quantiques reposera probablement sur la particule élémentaire de la lumière : le photon.

Il s’agirait plus précisément de photons intriqués, dont les états quantiques restent corrélés même lorsqu’ils sont séparés. Il a notamment été démontré que des fibres optiques ordinaires peuvent transmettre des données quantiques sur plusieurs dizaines de kilomètres au moins.

La production de photons intriqués reste toutefois difficile, ce qui freine le passage des ordinateurs quantiques à une échelle, une fiabilité et un coût réellement utiles.

Des solutions de contournement sont en cours de développement, par exemple la production de photons uniques à partir d’une source imparfaite au moyen de l’optique non linéaire et de la téléportation quantique. Une autre piste consiste à améliorer l’efficacité des sources lumineuses à base d’erbium.

Nombre de ces solutions pourraient néanmoins être trop complexes. Un nouveau métamatériau pourrait donc modifier l’avenir des ordinateurs quantiques. Ce composant nanométrique, conçu pour encoder dans la lumière une information quantique évolutive à faible décohérence, a été mis au point par des chercheurs de l’Université Harvard et présenté dans Science¹ sous le titre « Graphes quantiques de métasurface pour l’interférence généralisée de Hong-Ou-Mandel ».

Sources de lumière quantique

Pour transférer des données entre les sous-systèmes d’un ordinateur quantique ou entre plusieurs ordinateurs quantiques, l’information quantique doit être préservée. On y parvient généralement en créant des particules intriquées, en particulier des photons.

Les états de ces particules intriquées restent corrélés même lorsqu’elles sont séparées par de grandes distances.

Jusqu’à présent, les chercheurs ont surtout utilisé des méthodes « traditionnelles » pour produire des photons intriqués : passage dans des guides d’ondes sur de grandes micropuces, ou dispositifs volumineux composés de lentilles, de miroirs et de séparateurs de faisceau.

Ces systèmes sont trop grands, complexes et difficiles à produire en quantité suffisante pour atteindre l’échelle nécessaire à un réseau quantique.

La décohérence constitue un autre problème. La complexité mathématique augmente fortement à mesure que le nombre de photons, et donc de qubits, s’accroît.

Chaque photon supplémentaire crée de nombreuses nouvelles voies d’interférence qui, dans une configuration classique, nécessiteraient un nombre rapidement croissant de séparateurs de faisceau et de ports de sortie.

Métasurface quantique

Métamatériaux

Les métamatériaux modifient la structure d’un matériau afin de lui conférer des caractéristiques différentes de celles de ses composants de base.

Ils reposent le plus souvent sur des motifs répétitifs dont la forme, la géométrie, la taille et l’orientation sont contrôlées à l’échelle nanométrique.

La création contrôlée de microstructures régulières peut améliorer les performances d’un matériau par rapport à ses composants de base, notamment ses propriétés électromagnétiques, acoustiques, mécaniques ou thermiques.

Source: Science

Les chercheurs de Harvard ont appliqué ce principe à un nouveau type de métasurface : un dispositif plat gravé de motifs nanométriques qui manipulent la lumière.

« Nous introduisons un avantage technologique majeur pour résoudre le problème de la mise à l’échelle.

Nous pouvons désormais miniaturiser tout un montage optique dans une seule métasurface très stable et robuste. »

Kerolos M.A. Yousef – Étudiant diplômé à Harvard

Comment la métasurface permet une lumière quantique évolutive

La complexité mathématique liée aux nombreux photons nécessaires aux calculs quantiques peut être traitée par la théorie des graphes. En termes simples, celle-ci utilise des points et des lignes pour représenter des connexions et des relations.

Source: Science

La théorie des graphes est utilisée dans certains types de calcul quantique et dans la correction d’erreurs, mais elle n’avait pas encore été appliquée à la conception et au fonctionnement des métasurfaces.

Elle a permis aux chercheurs de visualiser les interférences entre photons et d’en prévoir les effets expérimentaux.

Nouveau dispositif d’entrelacement de photons

À l’aide de la théorie des graphes et de techniques commerciales de fabrication de semi-conducteurs, les chercheurs ont créé des « interféromètres multip ports compacts ».

Ils ont utilisé la théorie des graphes pour encoder dans la nanostructure des interféromètres à la fois leur conception physique et les corrélations quantiques produites.

« Cette méthode apporte aussi un nouvel éclairage sur la compréhension, la conception et l’utilisation des métasurfaces, notamment pour produire et contrôler la lumière quantique. Avec l’approche par graphes, la conception de la métasurface et l’état quantique optique deviennent en quelque sorte les deux faces d’une même pièce. »

Neal Sinclair – Recherche à l’Université Harvard

Ils ont ensuite testé ses performances avec des détecteurs à nanofils supraconducteurs afin de mesurer le comportement des photons.

Les essais ont mis en évidence plusieurs avantages :

• Le design ne nécessite pas d’alignements complexes, ce qui rend la fabrication et l’installation beaucoup plus simples.
• Il est très résistant aux perturbations, avec de faibles pertes optiques.
• Il est simple à fabriquer, ce qui le rend plus évolutif et plus rentable.

Ces travaux se sont principalement concentrés sur les applications possibles en informatique quantique.

La méthode pourrait toutefois aussi servir à la détection quantique ou offrir des fonctions de « laboratoire sur puce » pour la recherche fondamentale.

« Cette approche m’enthousiasme, car elle pourrait permettre de mettre efficacement à l’échelle les ordinateurs et réseaux quantiques optiques, ce qui constitue depuis longtemps leur principal défi face à d’autres plateformes comme les supraconducteurs ou les atomes »,

Neal Sinclair – Recherche à l’Université Harvard

Investir dans l’informatique quantique

Honeywell / Quantinuum

Quantinuum est issu de la fusion de Honeywell Quantum Solutions et de Cambridge Quantum.

Honeywell reste l’actionnaire majoritaire de l’entreprise, avec une participation estimée à 52 %, après une levée de fonds qui l’a valorisée à 5 milliards de dollars. Le fondateur Ilyas Khan détiendrait environ 20 %. Les autres actionnaires comprennent JSR Corporation, Mitsui, Amgen (AMGN ), IBM et JP Morgan.

Une éventuelle introduction en bourse de Quantinuum, peut-être dans le cadre d’une restructuration plus large, a fait l’objet d’estimations allant jusqu’à 20 milliards de dollars et pourrait intervenir entre 2026 et 2027. Il s’agit toutefois d’hypothèses et non d’un calendrier confirmé.

L’informatique quantique n’est pas l’activité principale de Honeywell, davantage centrée sur l’aéronautique, l’automatisation ainsi que les produits chimiques et matériaux spécialisés.

Ces domaines pourraient néanmoins bénéficier du calcul quantique, en particulier la chimie computationnelle et la cybersécurité quantique, ce qui pourrait procurer un avantage à Honeywell.

Le principal système de l’entreprise était alors H2, un processeur à ions piégés de 56 qubits affichant une fidélité annoncée de 99,895 % pour les portes à deux qubits.

Les trois générations suivantes, jusqu’à plus de 1 000 qubits, figuraient déjà dans la feuille de route, avec des lancements prévus en 2025, 2027 et 2029.

Source: Quantinuum

La version la plus avancée, baptisée Apollo, est présentée par l’entreprise comme l’étape susceptible d’ouvrir de nombreuses applications commerciales du calcul quantique.

Selon Quantinuum, les progrès combinés du matériel et de la correction d’erreurs quantiques pourraient mener à Apollo d’ici la fin de la décennie, une machine entièrement tolérante aux fautes et offrant un avantage quantique. Ce calendrier et ce potentiel commercial restent des objectifs techniques à démontrer.

L’entreprise privilégie des calculs de haute qualité avec peu d’erreurs plutôt que l’ajout d’un grand nombre de qubits plus sujets aux défaillances, dans une approche dite de « calcul quantique tolérant aux fautes ».

Quantinuum résume cette approche par « de meilleurs qubits, de meilleurs résultats » et affirme qu’un nombre comparable de qubits peut produire des résultats 100 à 1 000 fois plus fiables selon les mesures utilisées.

Source: Quantinuum

Cette approche pourrait notamment contribuer à la cryptographie résistante aux ordinateurs quantiques. L’entreprise de défense Thales (HO.PA -0,96 %) collabore déjà avec Quantinuum, tout comme les banques HSBC et JP Morgan.

Quantinuum propose aussi sa plateforme propriétaire de chimie quantique computationnelle InQuanto, destinée notamment aux secteurs pharmaceutique, des matériaux, de la chimie, de l’énergie et de l’aéronautique.

Comme plusieurs entreprises du secteur, Quantinuum propose Helios sous forme de « matériel en tant que service », afin que les utilisateurs accèdent au calcul quantique sans exploiter eux-mêmes le système.

Quantinuum a conclu en novembre 2024 un partenariat avec l’allemand Infineon, le plus grand fabricant européen de semi-conducteurs. Infineon doit apporter ses technologies de photonique intégrée et d’électronique de contrôle pour contribuer à la prochaine génération d’ordinateurs quantiques à ions piégés.

À mesure que la photonique intégrée se rapproche d’applications pratiques, ce partenariat pourrait devenir important pour Quantinuum. L’entreprise ambitionne notamment de développer une puce quantique photonique orientée vers l’IA, mais sa primauté mondiale et son calendrier restent à confirmer.

Dans les mois à venir, Quantinuum publiera les résultats de collaborations en cours afin d’illustrer le potentiel annoncé des progrès quantiques appliqués à l’IA générative.

Selon l’entreprise, sa capacité Gen QAI pourrait accélérer l’utilisation de réseaux métallo-organiques pour l’administration de médicaments et favoriser des traitements plus efficaces et personnalisés. Les détails devaient être présentés lors du lancement de Helios.

Quantinuum annonce une avancée en IA quantique générative au potentiel commercial considérable

Cette annonce s’inscrit dans une série de communications de Quantinuum sur les liens entre IA et calcul quantique.

De nouveaux cas d’usage pourraient accroître la valeur future de l’entreprise et, par conséquent, celle de la participation de Honeywell. Cette hausse et les gains éventuels pour les investisseurs restent toutefois incertains.

(Vous pouvez également consulter notre rapport complet sur les activités principales de Honeywell dans les capteurs, les composants aéronautiques et les matériaux avancés, ainsi que sa participation dans Quantinuum)

Dernières nouvelles et développements des actions Honeywell (HON)

Étude référencée

^{1. Kerolos M. A. Yousef, Marco D’Alessandro, Matthew Yeh, Neil Sinclair, Marko Loncar, and Federico Capasso. Graphes quantiques de métasurface pour l’interférence généralisée de Hong-Ou-Mandel. Science. 24 Jul 2025. Vol 389, Issue 6758 pp. 416-422. DOI: 10.1126/science.adw8404}