Puce quantique fonctionnant à température ambiante : la révolution photonique commence avec le verre

1. Prologue : L'aube quantique est un crépuscule de verre

Les ordinateurs quantiques sont appelés depuis longtemps "les machines à calculer qui changent le monde". Cependant, les plateformes existantes telles que les supraconducteurs ou les pièges à ions nécessitent des équipements cryogéniques ou des systèmes à vide complexes, ce qui pose le problème d'un coût de mise en œuvre trop élevé.

Cependant, en juillet 2025, une équipe de recherche de l'UE centrée sur Milan, en Italie, a annoncé un puce quantique photonique utilisant la technologie d'écriture laser pour inscrire directement des guides d'ondes optiques sur un substrat de verre, changeant ainsi la donne. Les qubits ne sont ni des électrons ni des ions, mais des **photons**. Fonctionnant à température ambiante, le signal se propage à la vitesse de la lumière avec une perte d'énergie nettement inférieure. C'est une véritable percée annonçant une "aube" nouvelle.phys.org

2. Qu'est-ce que le projet QLASS ?

Le projet QLASS (Quantum Glass-based Photonic Integrated Circuits), dirigé par le Politecnico di Milano (PoliMi), est à l'avant-garde de cette percée. Onze institutions de recherche, comprenant des universités, des instituts et des startups d'Italie, de France et d'Allemagne, se sont réunies, et le projet a gagné en visibilité grâce à un reportage détaillé dans le magazine "Horizon" de l'UE Research & Innovation. L'objectif est simple : réaliser un processeur quantique photonique reconfigurable en verre de plus de 200 modes d'ici 2026.phys.org

L'entreprise clé est la startup italienne Ephos. Elle vient d'ouvrir la première fabrique dédiée aux puces quantiques en verre en banlieue de Milan, grâce à une subvention de l'OTAN DIANA et à un financement de 8,5 millions de dollars de capital-risqueurs européens et américains.reuters.com Le PDG Andrea Rocchetto déclare que "le meilleur matériau pour ne pas perdre de photons est le verre". Comparé au silicium, le verre présente une perte optique inférieure à un dixième et, fonctionnant à température ambiante, il n'a pas besoin de réfrigérateurs, ce qui réduit considérablement la consommation d'énergie.

3. Le cœur de la technologie : l'écriture laser femtoseconde

La technologie unique d'Ephos consiste à "écrire directement" des guides d'ondes tridimensionnels à l'intérieur du verre avec un laser femtoseconde (10⁻¹⁵ secondes). Cela modifie localement l'indice de réfraction avec un laser titane-saphir, sculptant des "chemins de lumière" à l'échelle nanométrique pour confiner la lumière. Contrairement à la photonique sur silicium traditionnelle limitée aux circuits 2D, le verre permet des circuits 3D avec des courbes libres dans la direction verticale. En conséquence, le passage de 200 à 400 modes peut théoriquement être réalisé par un simple changement de masque.phys.org

En combinant avec le SNSPD (détecteur de photons uniques à nanofils supraconducteurs) fourni par l'allemand Pixel Photonics, l'objectif est de détecter les photons uniques sans perte. De plus, la Fondation Unitary France développe un SDK quantique open-source, tandis que le groupe de l'Université de Montpellier se charge de la simulation quantique des batteries lithium-ion. Cette division du travail est le reflet de l'autosuffisance de la chaîne d'approvisionnement européenne prônée par l'EU Chips Act.phys.org

4. Pourquoi le verre ? Avantages environnementaux et économiques

• Économie d'énergie : Fonctionnant à température ambiante, il n'y a pas besoin de réfrigérateurs à dilution indispensables pour les puces supraconductrices (dont la facture d'électricité dépasse 10 millions de yens par an).

• Faible empreinte carbone : La fabrication du verre réduit les émissions de CO₂ de 75 % par rapport aux étapes préliminaires du silicium.wsj.com

• Rendement : L'écriture laser réduit considérablement les étapes de photolithographie, diminuant ainsi le taux de défauts.

• Coût : Selon Ephos, le coût de fabrication par substrat équivalent à 12 pouces est un tiers de celui de la photonique sur silicium.

De plus, les photons sont moins sujets à la décohérence à température ambiante, permettant de réduire de plus de 20 % la surcharge de correction d'erreurs. Bien que ce soit encore au stade de la recherche, les éléments sont en place pour pousser vers la suprématie quantique pratique (le seuil où les ordinateurs quantiques surpassent les machines classiques les plus rapides).

5. Applications industrielles : de la conception de batteries à l'accélération de l'IA

1. Simulation de batteries de nouvelle génération
   L'Université de Montpellier utilise des algorithmes quantiques variationnels (VQA) pour résoudre les chemins de diffusion du lithium et optimiser les électrolytes. Ils ont confirmé une accélération 30 fois supérieure par rapport aux méthodes classiques avec une puce photonique de 50 modes en laboratoire (selon un préprint non publié).

2. Découverte de médicaments
   En utilisant l'interférence de photons uniques pour encoder des hamiltoniens, ils calculent les différences d'énergie de conformation de molécules candidates pour des médicaments anticancéreux avec une précision picochem.

3. Accélérateurs d'IA
   L'optimisation mathématique (QAOA) et l'algèbre linéaire (algorithme HHL) sont estimées être 100 fois plus efficaces énergétiquement que les GPU. Cela se traduit directement par la décarbonisation des centres de données.wsj.com

6. "La tempête de verre quantique" vue sur les réseaux sociaux

“Le projet QLASS vient de sécuriser 6 millions d'euros de la CE pour promouvoir les puces quantiques photoniques en verre. L'Europe joue enfin de ses atouts ! 🌍💡” ― The Quantum Insider@QuantumDaily (X)twitter.com

“Le Politecnico di Milano coordonne #QLASS pour exploiter les propriétés quantiques des photons. Fier de faire partie de ce voyage !” ― Politecnico di Milano officiel (X)twitter.com

“Développer un PC quantique qui fonctionne à température ambiante : objectif QLASS.” ― ANSA Scienza&Tecnica (X)twitter.com

“Ephos, soutenu par l'OTAN, lève 8,5 millions de dollars pour construire la première fabrique quantique photonique en verre au monde. La course vient de s'intensifier !” ― Quantum Insider@QuantumDaily (X)twitter.com

Sur les réseaux sociaux, les discussions s'intensifient avec des hashtags tels que "#PhotonicChips", "#ClimateTech", "#DeepTechEU". Les jeunes générations, soucieuses de la décarbonisation, expriment des opinions positives comme "Pas de réfrigérateur, c'est génial" ou "L'ère du quantique éco-responsable est arrivée", bien que certaines préoccupations soient émises quant à la fragilité du verre.

7. Défis : mise à l'échelle et standardisation

Le plus grand obstacle est la "production en série de sources et de détecteurs de photons uniques". Le SNSPD nécessite encore un environnement cryogénique, rendant le développement d'un SNSPD à température ambiante une priorité urgente. De plus, les applications quantiques nécessitent une intégration étroite entre les couches algorithmiques et matérielles, et un retard dans la standardisation des API logicielles pourrait fragmenter l'écosystème. L'UE vise à s'approvisionner à 20 % en puces quantiques d'ici 2030, mais pour y parvenir, open source et pool de brevets sont indispensables.phys.org

8. Perspectives d'avenir : Photonique × Vert × Leadership européen

Avec l'EU Chips Act intégrant le domaine quantique, la photonique quantique devient un atout stratégique répondant simultanément aux agendas géopolitiques de "décarbonisation" et "autonomie de la chaîne d'approvisionnement".

Si le projet QLASS parvient à réaliser un démonstrateur de 200 qubits d'ici 2026, le premier superordinateur accéléré quantique européen (sous la juridiction de l'EuroHPC JU) pourrait être installé à Milan. La feuille de route visant 1 000 qubits dans les cinq ans suivant l'achèvement et 1 million de qubits dans les dix ans commence à inquiéter les acteurs établis des supraconducteurs.

9. Épilogue : L'univers quantique s'étend dans le verre

Tout comme le silicium est devenu le roi de l'électronique dans les années 1960, la fin des années 2020 pourrait voir la lumière et le verre devenir les fondations du traitement de l'information quantique.“Cracking the quantum code” ― ce slogan n'est pas une exagération. Aujourd'hui, la faible lumière enfermée dans un morceau de verre devient la clé pour résoudre les grands problèmes de calcul de l'humanité.L'avenir quantique brille tranquillement dans le verre transparent.