Puces quantiques à portée de la réalité grâce à une conception silicium évolutive

Diraq researchers unveiled a commercially viable high-fidelity quantum bit at scale fabrication method that could revolutionize the computing sector. This proof of principle utilizes traditional manufacturing processes that have been utilized for decades to provide reliable, large-scale, fault-tolerant quantum computer chips that retain maximum fidelity. Here’s what you need to know.

La demande de superordinateurs quantiques abordables est en hausse

Il y a une demande croissante pour les services et les spécialistes en informatique quantique. Selon des rapports récents, les entreprises ont déjà dépensé 2,35 milliards de dollars en services quantiques l’année dernière. De plus, le secteur a connu une augmentation significative des embauches, les statistiques de LinkedIn indiquant une hausse de 180 % des entreprises recherchant des professionnels du quantique entre 2020 et 2024.

De nombreuses raisons expliquent l’augmentation de la demande en informatique quantique. L’une d’elles est les applications militaires. Dans le monde entier, les armées ont investi des fonds importants dans l’espoir d’obtenir un avantage concurrentiel sur leurs rivaux.

Initiative de Benchmarking Quantique

The United States’ Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) is currently hosting the Quantum Benchmarking Initiative. The goal of this project is to determine if quantum computing chips can be scaled and made more durable than their current design, which has a fragile quantum state.

To accomplish this task, 18 companies have been selected to compete against each other to achieve utility scale within the quantum computing sector. Utility scale is a term that refers to quantum computing’s ability to solve problems that far exceed today’s supercomputers.

This task will require real-time error correction to meet the high-fidelity requirements. Fidelity refers to the chip’s accuracy. Engineers will need to create a quantum chip that can store and access massive amounts of information while sustaining more than 100 qubits reliably across the fragile quantum state.

Puces quantiques à base de silicium

There have been many different types of quantum chip designs that have been used to create quantum hardware. However, the introduction of silicon-based quantum chips has significant advantages.

For one, they can utilize the billions of dollars in infrastructure and fabrication strategies already in place for traditional chips. Additionally, the chips can fit millions of qubits onto a single chip. These qubits are positioned precisely to provide efficient quantum computing.

Les prochaines étapes

Recognizing the potential that silicon spin-qubit technology provides, engineers have sought out ways to enhance these chip designs. Their research has included substantial lab testing. The lab results have proven accurate. However, to date, there has been no attempt to see if the same level of accuracy can be achieved utilizing traditional industrial-scale fabrication methods.

Source – Nature

In order to accomplish this task, engineers need to overcome several material challenges. Their design will need to account for interference caused by charge noise and static disorder. These issues occur due to defects and traps at interfaces and oxides found in silicon chip designs.

Étude de fabrication de puces quantiques à grande échelle

The recent Industry-compatible silicon spin-qubit unit cells exceeding 99% fidelity¹ study published on Sept. 24 in Nature, provides valuable insight into crucial metrics responsible for achieving scalable quantum chips.

It connects the dots between real-time monitoring capabilities and the ability to correct quantum errors. Specifically, pointing out correlations between electrical noise and Hall bar transport. As part of the work, Diraq designed a new chip design modeling software.

They partnered with chip fabrication firm imec, which was responsible for the final manufacturing of the device. From there, the team created several designs using silicon wafers and traditional CMOS geometry.

Outils standard

The engineers settled on several two-qubit devices that utilized planar metal–oxide–semiconductor with polysilicon gates. The devices were made utilizing standard semiconductor tooling in a 300-mm foundry environment. Specifically, the architecture used included a double quantum dot and a single-electron transistor (SET), which provided real-time spin read-out.

Notably, the four electrons in the double dot formed under the plunger gate electrodes of the device make it possible to control tunnel coupling between the dots and provide noise analysis. From there, the entire unit was placed in a  3He/4He dilution refrigerator that was set to a base temperature of 10 mK in isolated mode.

Test du nouveau design de puce quantique

To test their build, the team subjected the device to several experimental conditions created within the UNSW research lab. The first step was to evaluate the chip’s primary qubit functionality. This test included testing both one and two-qubit gates and registering error rates.

Notably, the team utilized a state-of-the-art gate set tomography (GST) tool to gain valuable insight into the quantum state in real time. This approach allowed them to determine interference factors like crosstalk and the breakdown between stochastic and coherent errors.

After documenting four designs, they conducted cryo-probing measurements on another 16 options. Each chip had a slightly different shape and architecture, enabling the team to gain insight into how their design provides uniform electrostatic control over device gate electrodes.

Résultats des tests de l’étude de fabrication de puces quantiques à grande échelle

The test results showed the concept was a success. The team demonstrated high performance of qubits on the 300-mm wafer using traditional semiconductor foundries. Their data suggests that the chip performed exactly as predicted.  In both single and two-qubit control facilities, it exceeded 99% accuracy across all four devices.

The results of this testing indicate that Diraq’s silicon quantum chip can be successfully mass-produced using traditional CMOS strategies. This discovery opens the door for large-scale productions of next-generation quantum computing devices.

Avantages de l’étude de fabrication de puces quantiques à grande échelle

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Cette étude apporte de nombreux avantages à l’industrie. Tout d’abord, elle a fourni des connaissances scientifiques précieuses pour surmonter les limitations techniques des stratégies de fabrication de l’informatique quantique à grande échelle. Elle a également démontré une façon d’intégrer les puces quantiques dans la fabrication de masse à l’avenir.

Précision

L’une des plus grandes découvertes est que le processus de fonderie n’a pas réduit la précision ou la fidélité des puces quantiques. Il a en fait démontré que les puces quantiques à base de silicium peuvent maintenir une précision de classe mondiale lorsqu’elles sont créées en utilisant des stratégies de spin-qubits de pointe couplées à une correction d’erreurs en temps réel.

Fabrication en masse

L’objectif principal de l’étude était de démontrer que les ordinateurs quantiques à base de silicium peuvent exploiter l’industrie semi‑conductrice mature. Les ingénieurs ont atteint cet objectif, ouvrant ainsi la voie à une adoption à grande échelle de ces puces.

Applications réelles & Chronologie

Cette étude possède plusieurs applications. Tout d’abord, elle contribuera à offrir une voie viable pour la production à grande échelle de puces quantiques en silicium fiables. Ces dispositifs joueront un rôle essentiel dans de nombreuses industries de haute technologie, notamment l’IA, l’aérospatiale, le médical, la modélisation climatique, et bien d’autres.

Chronologie de l’étude de fabrication de puces quantiques à grande échelle

Il faudra 7 à 10 ans avant que vous puissiez vous rendre dans votre magasin d’informatique local et voir des appareils alimentés par le quantique à un prix abordable. Cependant, ce travail prépare le terrain pour des ordinateurs quantiques à prix raisonnable au cours de la prochaine décennie.

Chercheurs de l’étude de fabrication de puces quantiques à grande échelle

Pour faire de l’Étude de fabrication de puces quantiques à grande échelle un succès, Diraq, une startup nano‑technologique de l’UNSW Sydney, a collaboré avec l’institut européen de nanoélectronique Interuniversity Microelectronics Centre (imec). Notamment, Diraq avait précédemment dévoilé une conception de puce en silicium qui fabriquait des qubits en utilisant les processus CMOS dans leur laboratoire.

Cette étape a inspiré l’équipe à pousser la technologie plus loin, permettant l’emploi de méthodes de fabrication à grande échelle. Cette réalisation fondamentale ouvre la porte à la production en masse de puces quantiques à base de silicium pouvant être utilisées dans tout, du transport aux dispositifs médicaux.

Directions futures de recherche

En commentant leurs plans, les ingénieurs envisagent d’approfondir l’investigation des configurations larges et des occupations électroniques plus élevées. Leur objectif est de mieux comprendre l’origine physique des mécanismes d’erreur observés et de créer des modèles capables de prédire et d’empêcher ces occurrences avec précision. En cas de succès, ce travail offrirait une voie claire vers des performances encore plus élevées dans le secteur.

Investir dans l’informatique quantique

Plusieurs développeurs d’ordinateurs quantiques opèrent à l’échelle mondiale. Ces entreprises continuent de repousser les limites de l’informatique en investissant constamment dans la R&D afin de réduire les coûts de fabrication. Voici une entreprise qui reste un esprit pionnier sur le marché et est reconnue comme un leader du secteur.

Rigetti Computing

Rigetti Computing est entrée sur le marché en 2013. Elle est basée en Californie et a été fondée par un physicien nommé Chad Rigetti. L’objectif initial de Rigetti Computing était de créer et de maintenir des qubits supraconducteurs. Cette approche comprenait la création de systèmes quantiques supraconducteurs full‑stack et d’autres matériels essentiels.

Notamment, Rigetti Computing a toujours été un esprit pionnier sur le marché. Par exemple, elle a introduit le premier processeur quantique en 2016. Cette puce à 3 qubits ouvre la voie à de futures innovations, notamment le lancement de l’environnement de programmation quantique Forest, qui a contribué au développement d’algorithmes.

En 2017, Rigetti Quantum Cloud Services (QCS) a été lancée, permettant un accès de niveau entreprise à des puces quantiques puissantes. Cette initiative a rapidement été suivie par l’ouverture d’une nouvelle fonderie à Fremont, CA, la même année. Ces actions ont contribué à renforcer le positionnement et les capacités de fabrication de l’entreprise.

En 2024, Rigetti Computing a démontré ses processeurs à 32 qubits. Cette initiative a été suivie d’un partenariat stratégique avec AWS. Toutes ces actions ont renforcé le positionnement de Rigetti Computing sur le marché et la confiance des consommateurs. Ainsi, aujourd’hui elle est considérée comme un excellent moyen d’obtenir une exposition au secteur de l’informatique quantique.

Dernières nouvelles et performances de l’action BDX (RGTI)

Étude de fabrication de puces quantiques à grande échelle | Conclusion

Il existe de nombreuses raisons pour lesquelles la création de puces quantiques en silicium pouvant exploiter l’industrie semi‑conductrice mature est une victoire pour tous. Tout d’abord, cela favorisera la réduction des coûts et la recherche supplémentaire. De plus, cela encouragera davantage d’innovations technologiques à l’avenir.

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Références

^{1. Steinacker, P., Dumoulin Stuyck, N., Lim, W. H., Tanttu, T., Feng, M., Serrano, S., Nickl, A., Candido, M., Cifuentes, J. D., Vahapoglu, E., Bartee, S. K., Hudson, F. E., Chan, K. W., Kubicek, S., Jussot, J., Canvel, Y., Beyne, S., Shimura, Y., Loo, R., . . . Dzurak, A. S. (2025). Industry-compatible silicon spin-qubit unit cells exceeding 99% fidelity. Nature, 1-7. https://doi.org/10.1038/s41586-025-09531-9}