Les ondes sonores offrent une percée dans le stockage de l’information quantique

L’informatique quantique promet une vitesse sans précédent pour résoudre des problèmes complexes et stimuler des percées dans les domaines de l’IA, de la finance, de la logistique, de la science des matériaux, de la découverte de médicaments et de la cryptographie.

Mais bien que le potentiel de la technologie soit immense, le concrétiser n’est pas facile, car en pratique, il s’est avéré très difficile de faire fonctionner les ordinateurs quantiques et de les exploiter pour résoudre des problèmes du monde réel.

L’informatique quantique est encore une technologie expérimentale, avec des chercheurs travailler pour surmonter les obstacles pour réaliser des simulations précises de phénomènes à l’échelle quantique. L’un des principaux problèmes ici est le stockage de l’information pendant une longue période.

Cela s’explique par le fait que, bien que les qubits supraconducteurs possèdent de grandes capacités pour traiter l’information quantique, ils ont des temps de cohérence plutôt limités.

La cohérence est la capacité d’un système quantique à maintenir la relation entre différents états dans une superposition. Cette propriété fondamentale permet aux qubits d’exister dans une combinaison linéaire d’états de base, offrant le parallélisme et l’interférence qui sont au cœur de l’informatique quantique. 

Essentielle pour réaliser des opérations quantiques, la cohérence est assez fragile et peut être facilement perdue même par de petites interactions avec l’environnement.

S’il n’y a pas de cohérence, le comportement quantique du qubit est perdu, rendant les calculs quantiques dénués de sens. Parallèlement, la décohérence est le processus par lequel la cohérence disparaît, et elle demeure un défi majeur dans la construction et l’exploitation des ordinateurs quantiques.

Aujourd’hui, les qubits supraconducteurs sont une méthode physique pour réaliser des qubits, et ils dépendent du maintien de la cohérence quantique pour fonctionner. Mais bien sûr, la décohérence reste leur principal défi.

Qubits supraconducteurs sont de minuscules circuits fabriqués à partir de matériaux spécifiques, qui exploitent des phénomènes quantiques tels que la superposition et l’intrication pour effectuer des calculs. Les matériaux utilisés pour fabriquer un circuit sont refroidis à presque le zéro absolu pour les rendre supraconducteurs, ce qui signifie qu’ils peuvent conduire l’électricité sans résistance.

Bien que ces qubits supraconducteurs soient remarquables pour les calculs rapides, ils ont du mal à stocker l’information pendant de longues périodes.

Une interface entre photons et phonons, cependant, pourrait permettre de stocker l’information quantique dans des oscillateurs mécaniques à longue durée de vie. Une équipe du Caltech a réalisé cela ; elle a introduit une plateforme qui repose sur des forces électrostatiques dans des structures nanométriques afin d’obtenir un couplage fort entre un qubit et un oscillateur nanomécanique.

Le temps de décroissance d’énergie (T1) est d’environ 25 ms, ce qui dépasse ceux réalisés dans les circuits supraconducteurs intégrés.

Pour explorer les origines de la décohérence ainsi que réduire son impact, l’équipe a utilisé des opérations quantiques. L’utilisation de séquences de découplage dynamique à deux impulsions les a aidés à atteindre un temps de cohérence plus long (T2) de 1 ms, une extension par rapport à 64 µs.

Les résultats de l’étude montrent que, dans les dispositifs supraconducteurs, les oscillateurs mécaniques peuvent servir de mémoires quantiques, avec le potentiel d’être utilisés dans l’informatique quantique, le capteur et la transduction.

Comment les ondes sonores stockent les états quantiques plus longtemps

Les ordinateurs conventionnels comme les ordinateurs portables et les téléphones stockent l’information sous forme de bits.

Les bits sont la plus petite unité d’information numérique, qui sont des éléments logiques fondamentaux prenant une seule valeur binaire, zéro ou un.

Les ordinateurs quantiques, quant à eux, peuvent avoir un état qui est à la fois zéro et un simultanément, ce qui est connu sous le nom de superposition, et c’est ce qui sous-tend la promesse de l’informatique quantique de résoudre des problèmes qui ne sont pas gérables par nos ordinateurs classiques.

De nombreux ordinateurs quantiques existants sont basés sur des systèmes électroniques supraconducteurs, où les électrons circulent sans aucune résistance à des températures extrêmement basses. Dans ces systèmes, lorsque la nature quantique des électrons traverse des résonateurs, ils créent des qubits supraconducteurs.

Ces qubits excellent dans l’exécution des opérations logiques requises pour le calcul. Mais ils ne sont pas vraiment bons pour stocker l’information, qui est représentée par des descripteurs mathématiques de systèmes quantiques spécifiques. 

Pour augmenter les temps de stockage des états quantiques, les ingénieurs ont étudié la construction de « mémoires quantiques » pour les qubits supraconducteurs.

Une équipe de scientifiques du Caltech a adopté une approche hybride pour ces mémoires quantiques. 

L’information électrique a été efficacement convertie en son grâce à cette approche. Pour traduire l’information quantique en ondes sonores, ils ont utilisé un petit dispositif qui agit comme une fourchette d’accord miniature.

Cela a permis à la durée de vie des états quantiques de s’étendre jusqu’à trente fois plus que d’autres techniques, posant les bases de futurs ordinateurs quantiques évolutifs et pratiques, capables non seulement de calculer mais aussi de se souvenir.

« Une fois que vous avez un état quantique, vous ne voulez peut‑être pas l’utiliser immédiatement. Vous devez disposer d’un moyen d’y revenir lorsque vous souhaitez effectuer une opération logique. Pour cela, vous avez besoin d’une mémoire quantique. »

– Mohammad Mirhosseini, professeur assistant en génie électrique et physique appliquée au Caltech

Financée par la National Science Foundation et l’Air Force Office of Scientific Research, l’étude a été dirigée par les étudiants diplômés du Caltech Alkim Bozkurt et Omid Golami et a été publiée¹ dans la revue Nature Physics.

Elle détaillait la fabrication d’un qubit supraconducteur sur une puce, qui a ensuite été connecté à un petit dispositif appelé oscillateur mécanique.

Un oscillateur mécanique est un système qui présente un mouvement oscillatoire. C’est essentiellement une petite fourchette d’accord qui, dans le cadre de cette étude, se compose de plaques flexibles. Ces plaques sont vibrées à l’aide d’ondes sonores à des fréquences de gigahertz (GHz).

Lorsque l’équipe a placé une charge électrique sur ces plaques flexibles, elles ont pu interagir avec des signaux électriques transportant de l’information quantique, permettant ainsi sa transmission dans le dispositif pour être stockée comme une « mémoire » puis retransmise ou « rappelée » plus tard.

Les chercheurs ont mesuré combien de temps il fallait à l’oscillateur pour perdre son contenu quantique une fois l’information introduite dans le dispositif. 

« Il s’avère que ces oscillateurs ont une durée de vie environ 30 fois supérieure à celle des meilleurs qubits supraconducteurs existants. »

– Mirhosseini

Cette méthode de construction d’une mémoire quantique présente divers avantages par rapport à d’autres techniques. Les ondes acoustiques, par exemple, se propagent beaucoup plus lentement que les ondes électromagnétiques, permettant ainsi des dispositifs plus compacts.

Les ondes électromagnétiques (EM) sont des ondes transversales de champs électriques et magnétiques oscillants qui transportent de l’énergie à travers l’espace. Elles sont produites par l’accélération de particules chargées et englobent un spectre incluant les ondes radio, les micro‑ondes, l’infrarouge, la lumière visible, l’ultraviolet, les rayons X et les rayons gamma.

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Toutes les ondes EM voyagent à la vitesse de la lumière dans le vide et ne nécessitent aucun milieu pour se propager.

Pendant ce temps, les ondes acoustiques sont des ondes mécaniques, comme les ondes sonores, qui transmettent de l’énergie à travers un milieu tel que le solide, le liquide ou le gaz en faisant vibrer, comprimer et dilater les particules du milieu. Ces ondes sont caractérisées par des propriétés telles que la fréquence, l’amplitude et la longueur d’onde. Les ondes acoustiques couvrent une gamme de fréquences, incluant l’infrason et l’ultrason.

Parce que les vibrations mécaniques, contrairement aux ondes EM, ne se propagent pas dans le vide, l’énergie ne s’échappe pas du système et peut être davantage confinée au sein d’un milieu, permettant des temps de stockage prolongés et atténuant les échanges d’énergie indésirables entre appareils voisins.

Ces avantages offrent la possibilité d’inclure de nombreuses telles fourchettes d’accord sur une seule puce, fournissant une méthode évolutive pour les mémoires quantiques.

L’étude, selon Mirhosseini, montre une interaction minimale entre les ondes acoustiques et électromagnétiques nécessaire pour évaluer la valeur de ce système hybride comme élément de mémoire.

« Pour que cette plateforme soit réellement utile à l’informatique quantique, il faut pouvoir introduire des données quantiques dans le système et les extraire beaucoup plus rapidement. Et cela signifie que nous devons trouver des moyens d’augmenter le taux d’interaction d’un facteur de trois à dix au-delà de ce que notre système actuel peut offrir, » a déclaré Mirhosseini. « Et l’équipe a des idées sur la façon d’y parvenir. »

Matériel et logiciel quantiques : voie vers une utilisation commerciale

Le nouveau dispositif créé par les scientifiques du Caltech est en cours de développement depuis un certain temps.

Il y a quelques années, dans leurs travaux précédents, l’équipe a démontré que le son, en particulier les phonons, qui sont des particules individuelles de vibration tout comme les photons, pourrait offrir un moyen simple de stocker l’information quantique.

À l’époque, le groupe de Mirhosseini a montré la nouvelle méthode en laboratoire, où ils ont exploré les phonons en raison de la relative facilité de construire de petits dispositifs capables de stocker ces ondes mécaniques.

L’équipe a testé les dispositifs dans des expériences qui semblaient adaptées à être couplées avec des qubits supraconducteurs, car ils fonctionnent aux mêmes fréquences très élevées en GHz.

Les humains entendent dans la gamme des hertz aux kilohertz (jusqu’à ~20 kHz), tandis que les dispositifs fonctionnent à des gigahertz (milliards de cycles par seconde) — environ 50 000 fois plus haut en fréquence.

Les dispositifs testés présentaient également de longues durées de vie et fonctionnaient bien aux basses températures nécessaires pour préserver les états quantiques avec les qubits supraconducteurs.

Comme Mirhosseini l’a noté à l’époque, d’autres études ont examiné les piézoélectriques, un type spécial de matériau, comme moyen de convertir l’énergie mécanique en énergie électrique dans les applications quantiques. Il a ajouté :

« Ces matériaux, cependant, ont tendance à provoquer des pertes d’énergie pour les ondes électriques et sonores, et la perte est un grand fléau dans le monde quantique. »

La technique novatrice développée par l’équipe du Caltech, en revanche, ne dépend pas des propriétés particulières des matériaux et, en tant que telle, est compatible avec les dispositifs quantiques établis basés sur les micro‑ondes.

Construire des dispositifs de stockage efficaces de taille compacte constitue un autre défi pour ceux qui explorent les applications quantiques.

Ce défi est également relevé par la nouvelle méthode, qui « permet le stockage d’information quantique provenant de circuits électriques pendant des durées deux ordres de grandeur plus longues que d’autres dispositifs mécaniques compacts », a déclaré l’auteur principal de l’étude, Bozkurt, étudiant diplômé du groupe de Mirhosseini.

Bien que la plateforme à ondes sonores du Caltech soit prometteuse, elle ne représente qu’une partie d’un effort de recherche beaucoup plus vaste mené dans le monde entier au sein de diverses institutions. Les scientifiques testent diverses méthodes pour surmonter les défis des ordinateurs quantiques. 

Par exemple, des chercheurs de l’University of Southern California se sont tournés vers les mathématiques².

Ils utilisent des négléctons pour résoudre certains des problèmes liés aux qubits topologiques. Cette classe de particules théoriques, nommée ainsi en raison de la façon dont elles ont été dérivées de mathématiques théoriques négligées, pourrait ouvrir une nouvelle voie vers la réalisation expérimentale d’ordinateurs quantiques topologiques universels.

« Mon objectif est de présenter un argument aussi convaincant que possible aux autres chercheurs que le cadre non semi‑simple n’est pas seulement valable, mais constitue une approche passionnante pour mieux comprendre la théorie quantique. »

– Co‑auteur Aaron Lauda

Parallèlement, dans une autre approche, des scientifiques contrôlent la lumière émise par les points quantiques, ce qui peut conduire à des technologies quantiques moins chères, plus rapides et, bien sûr, plus pratiques.

Pour cela, la collaboration de recherche a découvert une nouvelle méthode reposant sur l’excitation stimulée à deux photons, permettant aux points quantiques d’émettre des flux de photons dans des états de polarisation distincts sans nécessiter de matériel de commutation électronique. Lors des tests, les chercheurs ont pu produire avec succès d’excellents états à deux photons tout en conservant des propriétés remarquables de photons uniques.

« Ce qui rend cette approche particulièrement élégante, c’est que nous avons déplacé la complexité des composants électroniques coûteux et générateurs de pertes, après l’émission du photon unique, vers la phase d’excitation optique, et cela représente un progrès significatif pour rendre les sources de points quantiques plus pratiques pour des applications réelles. »

– Chercheur principal, Vikas Remesh

Ensuite, il y a l’équipe du Grainger College of Engineering de l’University of Illinois Urbana‑Champaign, qui a présenté une conception modulaire haute performance pour les processeurs quantiques supraconducteurs avec une fidélité d’environ 99 %.

L’architecture modulaire, contrairement aux conceptions monolithiques restrictives, offre une plus grande évolutivité, des améliorations plus simples et une résilience aux incohérences.

Alors que la plupart des efforts se concentrent clairement sur la partie matérielle des ordinateurs quantiques, on observe désormais un virage vers le logiciel, les gens estimant que la technologie est « à l’aube de devenir commercialement viable », et qu’il faut donc en faire un usage utile.

À ce sujet, la société d’algorithmes quantiques Phasecraft a levé 34 millions de dollars auprès de plusieurs investisseurs, dont la société d’investissement liée au géant pharmaceutique danois Novo Nordisk (NVO ). 

Les algorithmes de Phasecraft, son PDG Ashley Montanaro, estime, pourront exécuter des calculs « scientifiquement importants » d’ici le « printemps prochain », et certaines applications commercialement utiles pourraient être disponibles « dans les deux prochaines années ». 

Il y a maintenant un intérêt croissant pour les algorithmes. Récemment, un chercheur de Google a affirmé avoir conçu une réduction de 20 fois l’échelle d’un ordinateur quantique nécessaire pour exécuter l’algorithme de Shor, qui peut être utilisé pour percer les formes de chiffrement les plus répandues aujourd’hui.

En réponse, le développeur Hunter Beast a introduit le BIP 360 dans le but de rendre le Bitcoin (BTC) résistant à l’informatique quantique.

Parallèlement, la société d’informatique quantique Norma a validé les performances de ses algorithmes d’IA quantique pour le développement de médicaments en utilisant NVIDIA (NVDA ) CUDA‑Q, observant des vitesses de calcul environ 73 fois plus rapides.

Investir dans l’informatique quantique

De nombreux grands noms mènent des recherches en informatique quantique supraconductrice, parmi lesquels IBM (IBM ), Intel (INTC ), et bien d’autres. Mais aujourd’hui, nous nous pencherons sur Honeywell International (HON ), qui est fortement impliquée dans l’informatique quantique grâce à sa participation majoritaire dans Quantinuum. 

Quantinuum, une société Honeywell International Honeywell International (HON )

Quantinuum est une société d’informatique quantique créée en 2021 par la fusion de Cambridge Quantum et Honeywell Quantum Solutions. Afin d’accélérer le développement d’ordinateurs quantiques tolérants aux fautes, elle a obtenu des financements d’investisseurs tels que JPMorgan Chase.

L’année dernière, elle a démontré les qubits logiques les plus fiables jamais enregistrés. Quantinuum a appliqué le système de virtualisation de qubits révolutionnaire de Microsoft , avec diagnostics et correction d’erreurs, à son matériel à piège à ions pour exécuter plus de 14 000 expériences individuelles sans aucune erreur. 

Le mois dernier, Quantinuum a lancé deux nouveaux composants logiciels open source, dont Guppy, un langage hébergé dans Python, décrit par son PDG, Rajeeb Hazra, comme « un changement de paradigme pour les développeurs », et un émulateur appelé Selene, qui est un « jumeau numérique » reproduisant le comportement quantique pour que les programmeurs testent et déboguent leur code.

La nouvelle plateforme full‑stack est préparée en vue du prochain lancement de l’ordinateur quantique de nouvelle génération d’Quantinuum, Helios.

Ainsi, la société poursuit des avancées tant dans le matériel quantique que dans le logiciel, avec ses activités de recherche et commerciales ciblant l’IA, la cybersécurité, la simulation chimique et d’autres applications.

Grâce à Quantinuum, Honeywell a fait progresser les ordinateurs quantiques à ions piégés, qui utilisent des ions piégés électromagnétiquement comme qubits pour des calculs à haute fidélité, auprès de clients de divers secteurs, notamment la santé, la finance et les services publics.

La société intégrée est principalement impliquée dans trois mégatendances, qui sont l’automatisation, l’aviation et la transition énergétique. Parallèlement, elle sert à travers quelques segments clés :

• Technologies aérospatiales
• Automatisation industrielle
• Automatisation des bâtiments et énergie
• Solutions de durabilité

Avec une capitalisation boursière de 139,36 milliards de dollars, les actions HON, au moment de la rédaction, s’échangent à 218,40 $, en baisse de 2,83 % depuis le début de l’année. Elle affiche un BPA (TTM) de 8,79 et un PER (TTM) de 24,96. Le rendement du dividende, quant à lui, est de 2,06 %.

En ce qui concerne les finances, Honeywell a déclaré des ventes de 10,4 milliards de dollars pour le deuxième trimestre 2025. Le bénéfice par action était de 2,45 $, et le BPA ajusté était de 2,75 $.

Au cours de cette période, la société a finalisé une vente d’activité PPE de 1,3 milliard de dollars, conclu l’acquisition de Sundyne pour 2,2 milliards de dollars, et annoncé une acquisition de 1,8 milliard de livres sterling de la division Catalyst Technologies de Johnson Matthey. La société a également racheté 1,7 milliard de dollars de ses actions.

Le PDG Vimal Kapur a souligné l’importance de fournir des « résultats exceptionnels » grâce à la fois à la croissance organique et à un BPA ajusté dépassant les prévisions malgré une macroéconomie imprévisible.

« Avec l’automatisation des bâtiments en tête, trois segments sur quatre ont vu leurs ventes croître de plus de 5 % au cours du trimestre, démontrant la puissance de notre système d’exploitation Accelerator pour s’adapter rapidement et stimuler la croissance même lorsque les conditions commerciales évoluent », a déclaré Kapur en notant « des résultats prometteurs de notre attention accrue à l’innovation de nouveaux produits, ce qui a encore soutenu la croissance de notre carnet de commandes record. »

Conclusion

L’informatique quantique peut conduire à des avancées significatives dans l’IA, la santé, la science des matériaux, la cybersécurité et d’autres industries. Mais le progrès de cette technologie dépend non seulement des performances des qubits, mais aussi de la capacité à stocker l’information quantique de manière fiable.

La plateforme du Caltech propose un plan pour y parvenir. En intégrant le calcul et la mémoire sur une seule puce, ce nouveau développement rapproche le domaine des applications concrètes.

Cliquez ici pour obtenir une liste des cinq meilleures sociétés d’informatique quantique.

Références :

1. Bozkurt, A. B., Golami, O., Yu, Y., Tian, H., & Mirhosseini, M. (2025). Une mémoire quantique mécanique pour les photons micro‑ondes. Nature Physics, (publication en ligne anticipée), publié le 13 août 2025. Reçu le 10 janvier 2025 ; accepté le 17 juin 2025. https://doi.org/10.1038/s41567-025-02975-w

2. Iulianelli, F., Kim, S., Sussan, J., et al. Calcul quantique universel utilisant des anyons d’Ising issus d’une théorie quantique des champs topologique non semi‑simple. Nature Communications, 16, 6408, publié le 5 août 2025. Reçu le 13 octobre 2024 ; accepté le 18 juin 2025. https://doi.org/10.1038/s41467-025-61342-8

3. Karli, Y., Avila Arenas, I., Schimpf, C., et al. Génération passive de deux photons démultiplexés à partir d’un point quantique. npj Quantum Information, 11, 139, publié le 11 août 2025. Reçu le 10 avril 2025 ; accepté le 25 juillet 2025. https://doi.org/10.1038/s41534-025-01083-0

4. Mollenhauer, M., Irfan, A., Cao, X., et al. Un réseau élémentaire à haute efficacité de dispositifs de qubits supraconducteurs interchangeables. Nature Electronics, 8, 610–619, publié le 27 juin 2025 (date de parution juillet 2025). Reçu le 08 septembre 2024 ; accepté le 23 mai 2025. https://doi.org/10.1038/s41928-025-01404-3