Le laboratoire commun Atomiq-Lab a été inauguré le 26 novembre à l’Institut d’optique, à Palaiseau. Il est voué à l’étude de nouvelles techniques de manipulation d’atomes par laser, ce qui doit profiter à la deeptech Pasqal et à la recherche fondamentale.
Au sous-sol de l’Institut d’optique, à Palaiseau, une machine expose ses entrailles, à l’enchevêtrement complexe : elle est semblable aux ordinateurs quantiques à atomes froids de Pasqal, une jeune pousse née en 2019 ici même, au laboratoire Charles Fabry (CNRS/Institut d’optique). Six ans plus tard, en ce 26 novembre, ce haut lieu de la recherche scientifique en optique et en photonique accueille l’inauguration officielle d’Atomiq-Lab, un laboratoire commun (labcom) qui regroupe les expertises du CNRS, de l’Institut d’optique et de Pasqal.
« L’écosystème quantique évolue beaucoup plus rapidement que d’autres secteurs »
Directeur de recherche au CNRS, Antoine Browaeys, également cofondateur et directeur scientifique de la deeptech, désigne le banc optique au cœur de l’appareil. Celui-ci achemine les lasers servant à décélérer et à manipuler des atomes de Rydberg (à la limite de l’ionisation) placés dans un vide poussé, pour y encoder une information quantique. Ainsi obtient-on des bits quantiques, ou qubits.
Il justifie aussitôt cette collaboration recherche-entreprise : « L’écosystème quantique évolue beaucoup plus rapidement que d’autres secteurs. L’état de l’art à un moment donné peut être très vite dépassé. L’idée de ce labcom, à l’interface de la recherche académique et de l’industrie, est de nous permettre d’explorer de nouveaux concepts, en ayant tout de suite en tête le transfert technologique ». Ceci « sans la pression induite par la nécessité de rédiger des publications scientifiques », dit-il un peu plus tard.
Conserver la tête dans le domaine de l’ingénierie
Pasqal a pour objectif de maintenir son avance en matière d’ingénierie. Car la filière de l’ordinateur quantique, malgré son jeune âge, est déjà fort concurrentielle. Un constat qui vaut pour la plateforme technologique spécifique de Pasqal, fondés sur les atomes froids. « Les concurrents les plus sérieux, Atom Computing, Quera et Infleqtion, sont tous les trois situés aux Etats-Unis, précise Antoine Browaeys. Mais leurs machines se destinent plus à la R&D et ne sont pas aussi bien intégrées. »
La deeptech française, elle, a d’ores-et-déjà livré « 6 QPU (quantum processing units, ou calculateurs quantiques) opérationnels, dont deux sont installés dans des centres de calcul intensif », informe Fabien Quéré, responsable des partenariats académiques et R&D de Pasqal, alors qu’il présente les enjeux d’Atomiq-Lab dans un auditorium bien rempli. Le dernier d’entre eux, doté de 200 qubits, a été déployé il y a quelques jours en Arabie Saoudite, au sein du groupe pétrolier Aramco. « Et quatre QPU sont en construction », complète-t-il.
Cet ancien du CEA dirigera Atomiq-Lab en compagnie de Yuki Torii Chew, post-doctorant dans l’équipe Optique quantique-Atomes du laboratoire Charles Fabry. Le projet est financé par Pasqal, le Conseil européen de l’innovation et l’Institut Pierre Lamoure. Appelé à durer 5 ans, il a débuté plusieurs mois avant son officialisation, ce qui est courant. L’équipe mobilisée – une dizaine de personnes – a identifié des thématiques scientifiques et réfléchi à de nouvelles techniques expérimentales pour que la prochaine génération de machines Pasqal gagne en performance.
« Le premier concept que nous allons étudier est celui du chargement continu de matrices de pinces optiques, pour maintenir le nombre d’atomes dans le registre atomique », détaille Antoine Browaeys. Ces atomes doivent en effet être piégés le plus longtemps possible dans une matrice de lasers, pour former un registre – autrement dit une mémoire stockant l’information quantique – indispensable au calcul quantique.
Remplacer les atomes qui s’échappent
Contrairement à un qubit macroscopique – de type supraconducteur par exemple – immobile par essence, un atome tend à s’échapper cependant. Le but d’Atomiq-Lab est la mise au point d’un dispositif de rechargement de ce registre. « Nous avons effectué nos premières commandes de matériel, début octobre, pour tester l’idée, poursuit Antoine Browaeys. Nous ne ferons pas d’effort de miniaturisation, mais nous nous assurerons de la compatibilité avec l’ingénierie de Pasqal. Une preuve de concept devrait arriver d’ici à fin 2026. » La technique servira aussi à déplacer les atomes, sur quelques centaines de micromètres, pour réaliser des portes, éléments-clés d’un calcul quantique.
Atomiq-Lab devrait aider la deeptech à surmonter d’autres défis techniques, comme l’augmentation du nombre d’atomes – « nous pensons pouvoir arriver à 10000 avec la technologie actuelle », estime Antoine Browaeys – ou encore la lecture rapide et non destructive des états quantiques grâce à une cavité optique. À plus long terme, il est question d’utiliser ces atomes de Rydberg pour coder une information quantique sur des photons – ce qu’on appelle des photons de chat de Schrödinger.
En retour, d’après la présentation de Fabien Quéré, l’amélioration des techniques de manipulation d’atomes par laser servirait aussi les intérêts de la recherche académique, travaillant sur des « problématiques de physique fondamentale. »
