Avec un investissement de 1 milliard de dollars AU, Psiquantum prévoit de construire un ordinateur quantique photonique avec un million de qubits, beaucoup plus grand que tout ce qui existe aujourd'hui – et la société dit qu'elle sera prête en seulement deux ans
Une tranche de silicium psiquantum contenant des milliers de dispositifs quantiques
Sur une grande table devant moi se trouve la matériel photonique le plus avancé au monde, qui pourrait bientôt conduire l'une des grandes révolutions technologiques de notre temps. Je peux voir de minuscules micropuces qui ressemblent à des bijoux précieux, avec des modèles à l'échelle nanométrique qui les font briller comme des arcs-en-ciel, ainsi que des détecteurs, des filtres et des commutateurs connectés par des câbles à fibre optique, disposés sur des circuits imprimés de la taille d'un smartphone. Ce sont les composants fondamentaux d'un ordinateur quantique photonique massif qui pourrait être opérationnel en quelques années – bien que pour moi, cela ressemble plus à la terrassement des câbles et des boîtes qui constituent mon équipement Wi-Fi à la maison.
Je suis venu au siège social australien, à Brisbane, de Psiquantum, une startup informatique quantique qui, jusqu'à l'année dernière, volait sous le radar. Tout cela a changé lorsque le gouvernement fédéral australien et le gouvernement de l'État du Queensland ont annoncé un investissement de 1 milliard de dollars auprès de l'entreprise – le plus grand pari par tout gouvernement, n'importe où, sur une entreprise d'informatique quantique privée. Alors, qu'est-ce que l'Australie obtiendra pour cet argent? Geoff Pryde, directeur technique en chef de Psiquantum Australia, est clair. « Nous pensons qu'une fois que nous allumons cette chose, l'ère de l'informatique quantique commence. »
C'est une grande réclamation pour une entreprise qui ne fait que commencer la construction d'une installation pour abriter son ordinateur quantique, sur un site de 13 hectares près de l'aéroport de Brisbane. Mais pour comprendre pourquoi Psiquantum pense que cela peut battre Google, IBM et d'autres grands acteurs de l'industrie de l'informatique quantique, il est utile de regarder l'itinéraire qu'elle prend.
«Ce n'est pas la même trajectoire», explique Terry Rudolph, l'un des quatre co-fondateurs de l'entreprise, qui se trouve également être le petit-fils du légendaire physicien quantique Erwin Schrödinger. «Si votre objectif est d'atteindre le sommet d'un gratte-ciel, la construction d'une très grande échelle pourrait avoir un sens. Cependant, une fois que vous réalisez que l'objectif est la lune, alors peu importe le nombre d'échelles que vous empilez les uns sur les autres. Si vous regardez ce que nous avons construit, nous développons une fusée et la lune a été notre objectif depuis que nous avons commencé l'entreprise. »
Autrement dit, Psiquantum s'est excusé de la participation à ce que l'industrie appelle l'ère de calcul de quantum (NISQ) bruyante à l'échelle intermédiaire, au cours de laquelle les acteurs clés ont construit des machines avec jusqu'à 1000 qubits, ou bits quantiques, qui sont sujets à des erreurs et ont une application pratique limitée. Il est largement jugé que ces ordinateurs de l'ère NISQ sont des merveilles de la technologie mais ont peu d'utilisation pratique.
«Au cours des dernières années, il est devenu tout à fait clair que la proposition de valeur de NISQ est beaucoup moins rose que ce qui ne le pensait à l'origine», explique Andrea Morello à l'Université de Nouvelle-Galles du Sud à Sydney. « Il n'y a vraiment pas beaucoup de calcul utile qu'un appareil NISQ peut effectuer, ce qui ne peut pas être fait sur une machine classique. »
Une puce photonique intégrée psiquantum
Au lieu de cela, Psiquantum prévoit de se développer, rapidement, à une machine d'un million de qubit d'ici la fin de 2027 – beaucoup plus grande que tout ce qui existe aujourd'hui. Tout commence par le désordre de matériel devant moi. Psiquantum s'est entièrement lancé dans le calcul quantique photonique, ce qui signifie qu'il doit manipuler des particules de lumière dans des états quantiques qui serviront de qubits dans son ordinateur, l'équivalent rugueux des transistors trouvés dans les ordinateurs conventionnels.
Cette comparaison est appropriée, car Psiquantum utilise les mêmes techniques de fabrication de semi-conducteurs qui sont utilisées pour fabriquer le grand nombre de minuscules transistors trouvés sur des puces informatiques ordinaires. «Psiquantum a déterminé comment miniaturer à l'échelle nanométrique tous les composants photoniques requis et les fabriquer en utilisant la même technologie utilisée pour construire des ordinateurs portables et des téléphones portables», explique Rudolph. «Une telle ingénierie de semi-conducteurs est la seule approche pour construire des machines à milliards de composants que les humains ont inventées jusqu'à présent.»
Psiquantum s'est associé au fabricant de puces basé aux États-Unis GlobalFoundries pour produire ses puces photoniques. Certains de ces composants sont assis sur la table devant moi, y compris un petit boîtier noir qui semble abriter un précieux joyau. En fait, c'est un exemple des micropuces qui ont été développées pour générer le contrôle et le filtrage des photons dans l'appareil de Psiquantum.
Cette approche vise à bénéficier de décennies d'expérience à la fois dans la fabrication des puces et la manipulation des états quantiques de lumière. Il existe un certain nombre de technologies différentes qui peuvent être à la base d'un ordinateur quantique, y compris des matériaux supraconducteurs et des ions piégés, mais la photonique peut être plus robuste que celles-ci. «Cette combinaison de la capacité industrielle existante à grande échelle, efficace et de haute technologie et de la résistance au bruit de Light fait de la photonique un candidat solide pour le premier ordinateur quantique utile», explique Rudolph.
Cela ne veut pas dire que le chemin a été facile. Dylan Saunders de Psiquantum dit que l'entreprise a dû surmonter le défi de construire des micropuces qui sont une température ambiante d'un côté et la température de l'espace profond de l'autre. Une autre percée cruciale a été la fabrication de filtres avec succès qui peuvent bloquer la lumière indésirable de la source de photons, mais laissez les photons Qubit passer.
«Nous devons bloquer cette lumière indésirable par 12 ordres de grandeur, ce qui est beaucoup», explique Saunders. «Une analogie est que c'est un peu comme abandonner une explosion nucléaire à une extrémité d'un théâtre de conférence et bloquer tellement l'explosion que vous pouviez m'entendre vous parler si vous étiez là. C'est à quel point nous avons besoin pour le supprimer. »
De nombreux défis restent, en particulier dans l'intégration de tant de millions de composants et l'optimisation des qubits photoniques. Ces petites pièces devant moi devront être reproduites à grande échelle: le psiquantum doit fabriquer des dizaines de milliers de puces photoniques et les connecter avec plus de 1000 kilomètres de fibre optique. Une fois terminé, l'ordinateur photonique quantum couvrira une superficie de 100 000 mètres carrés, ce qui comprend le cryoplant nécessaire pour tout garder cool.
Un cryoplant gardera l'ordinateur au frais
Malgré la tâche à venir, Pryde dit qu'il n'y a pas de lacunes insurmontables entre l'endroit où se trouve l'équipe et le gros passage en 2027. « Il est inutile de cette image matérielle où un miracle doit se produire », dit-il.
En fait, Psiquantum est si confiant de ses progrès qu'il dispose déjà d'une équipe de programmeurs de logiciels quantiques travaillant avec de nombreux clients de l'industrie pour développer des algorithmes pour extraire des informations utiles de l'ordinateur quantique lorsqu'il est opérationnel. Ces clients incluent le géant pharmaceutique Boehringer Ingelheim, qui souhaite étudier les propriétés des enzymes vitales pour l'absorption de médicaments, et Mercedes-Benz, qui espère utiliser l'ordinateur quantique pour améliorer la conception de la batterie pour les véhicules électriques.
«Une fois le matériel installé et que le système est validé, nous voulons avoir les algorithmes que nous avons préparés prêts pour cette machine de génération-un dès que possible», explique Pryde.
Alors, le gros pari de sauter l'ère NISQ sera-t-il payant? Stephen Bartlett à l'Université de Sydney dit qu'il y a des avantages clairs à ne pas construire de petits appareils. «Cela peut être important dans le cadre du développement technologique, et réaliser ces choses et les montrer peut être excitant, mais vous pourriez facilement affirmer qu'ils sont une distraction du jeu principal. Psiquantum veut un appareil à un million de qubit. Ils ont un plan robuste et sérieux et sont en mesure de ne pas avoir à montrer des étapes de bébé et à la place pour le jeu principal. »
Morello dit qu'il existe un argument selon lequel l'ère NISQ était «utile et nécessaire en tant qu'étape intermédiaire» pour que les chercheurs acquièrent une expérience en ingénierie et en programmation des ordinateurs quantiques, mais en fin de compte Psiquantum peut prouver que cela n'était pas nécessaire. «Ils ont dit:« Nous allons tout simplement pour la grande chose », dit-il. « Et maintenant, je pense qu'il est juste de dire qu'ils avaient raison. »
Mais exactement ce qu'un appareil à million de qubit sera en mesure de faire – et s'il annoncera vraiment le début de l'ère de l'informatique quantique, comme le prétend Pryde – reste à voir. «Nous attendons tous le jour où un ordinateur quantique est en mesure de faire une démonstration convaincante qu'il peut faire quelque chose d'utile qui ne peut pas être fait par un supercalculateur classique», explique Bartlett. Et bien que Psiquantum ait un plan clair pour se développer, ce n'est peut-être pas le premier à y arriver.
«Personne ne sait encore quelle technologie va permettre l'informatique quantique à grande échelle et utile», dit-il. «Ce pourrait être la photonique, les supraconducteurs ou les tours d'ions dans les semi-conducteurs, et il y en a plus. Nous ne savons pas encore qui va gagner. »
