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Plan quantique

Accélération de la recherche au CEA sur les technologies quantiques


Pour positionner la France au plus haut-niveau de la course mondiale à l’ordinateur quantique, le plan quantique, présenté le 21 janvier 2021 par le président de la République Emmanuel Macron, mise sur le développement et la maîtrise d’axes technologiques quantiques. Ce plan, en particulier via son programme et équipements prioritaire de recherche (PEPR), va permettre au CEA, déjà impliqué dans le développement de ces technologies quantiques, de renforcer et d’élargir ses recherches en lien avec ses partenaires, industriels, universités, organismes de recherche et startups. 

Publié le 27 janvier 2021
L’annonce du plan quantique est l’occasion de faire le point sur les technologies quantiques en cours de développement au CEA. En effet, ce plan, via en particulier son programme et équipements prioritaire de recherche (PEPR), financé par le 4ème Programme d’investissements d’avenir (PIA), va soutenir et développer les recherches de l’organisme public en matière de quantique.  

> l’ordinateur quantique ; 

La perspective d’un calculateur à très hautes performances de classe industrielle est un sujet majeur par son potentiel disruptif pour notre société de l’information. Atteindre la performance et la fiabilité requises nécessite de réaliser des systèmes couplant les millions de bits quantiques (qubits) nécessaires à un calcul quantique performant, incluant la correction d’erreur.
 
Plusieurs voies de recherche et développement sont en cours dans le cadre de partenariats CEA-CNRS-Inria-Universités que le PEPR va accélérer et consolider : 
  • la voie des qubits Silicium fondée sur les technologies de la microélectronique et l’industrie du semi-conducteur. L’écosystème grenoblois, constitué d’une équipe mixte entre le CEA, le CNRS et l’Université Grenoble-Alpes, s’est focalisé sur cette perspective. L’objectif est d’être les premiers à coupler 100 qubits silicium, tout en anticipant la montée en échelle vers un coprocesseur quantique universel corrigé d’erreur plus performant qu’un calculateur classique, à l’horizon 2030 ;
  • en parallèle, la communauté quantique de Paris-Saclay comme de Grenoble explore d’autres voies et de nouveaux concepts pour développer des qubits plus robustes que l’ensemble des technologies actuelles et ainsi changer de paradigme au niveau de la correction d’erreur ; 
  • le CEA en particulier sur son centre de Paris-Saclay entend aussi contribuer à l’étude de la pile logicielle et des architectures qui permettront la programmation et l'exécution d'applications réalistes sur le futur ordinateur quantique.

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Etude à très basse température des circuits silicium fabriqués au CEA-Leti. Montage des puces silicium sur leur porte-échantillon utilisable à très basse température - © D. Guillaudin / CEA

> les simulateurs et accélérateurs NISQ ; 

Les simulateurs et accélérateurs NISQ (Noisy Intermediate Scale Quantum ou quantique d’échelle intermédiaire bruité) seront les premières machines quantiques mises au point sans correction d’erreur fiable. Le plan va notamment permettre l’équipement du Très Grand Centre de Calcul (TGCC), d’une première infrastructure d’ordinateurs quantiques hybrides, en s’appuyant sur les expertises du GENCI et du CEA, concepteur et exploitant du TGCC, principal centre de calcul public français installé à Bruyères-le-Châtel (91). En effet, dès 2023, un ordinateur quantique hybride de 100 qubits devrait être hébergé au TGCC.


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Le Très grand centre de calcul sur le site CEA de Bruyères-le-Châtel ©P.Stroppa/CEA

> les capteurs quantiques, les communications quantiques et la cryptographie post-quantique ; 

Le CEA possède des briques conceptuelles et technologiques importantes pour développer les communications et les capteurs quantiques et aider à la montée en maturité de ces technologies, qu’il ne manquera pas de mettre à profit lors de collaborations qui s’inscriront dans ce PEPR. 

Le CEA, en particulier ses équipes de Saclay, apportera aussi ses compétences en matière de cryptographie post-quantique.  

> les technologies habilitantes indispensables aux technologies quantiques ; 

Enfin, le plan va soutenir les recherches menées par les équipes du CEA dans des domaines connexes, indispensables à l’émergence des technologies de l’ordinateur quantique et de l’ingénierie quantique : l’électronique cryogénique, la nano-implantation contrôlée d’ions dans les matériaux, des sources de photons intriqués et des briques technologiques permettant d’utiliser des photons et des électrons comme systèmes quantiques, des sources électroluminescentes à molécules organiques uniques, des dispositifs spintroniques en régime quantique…

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Installation d’une expérience d’électrodynamique quantique dans un réfrigérateur destiné à porter l’expérience à - 273 °C. © P.Stroppa / CEA



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