Qubits de spin : le silicium comble son retard dans la course quantique
Deux articles parus le 29 juillet 2026 dans Nature, signés par HRL Laboratories, en Californie, et QuTech, à Delft, ramènent le taux d’erreur des « qubits de spin » — des bits quantiques gravés dans le silicium — aux alentours de 0,2 %. Longtemps distancée par les circuits supraconducteurs et les atomes froids, cette filière revendique désormais une qualité comparable, avec un argument décisif : elle emprunte les procédés de fabrication de la microélectronique classique.
Quatre équipes, un même signal
Nature a publié le 29 juillet 2026 un état des lieux de la course aux processeurs quantiques qui fait une place inhabituelle à une technologie restée marginale. Quatre équipes indépendantes y annoncent des progrès substantiels sur les qubits de spin, dont deux par des articles évalués par les pairs parus le jour même : HRL Laboratories, à Malibu, décrit un processeur de 18 qubits ; QuTech, laboratoire de l’université technologique de Delft, aux Pays-Bas, en présente un de 5. Les deux dispositifs, réalisés sur silicium, atteignent un taux d’erreur d’environ 0,2 % sur des mesures complexes.
Le point de départ donne la mesure du saut : il y a trois ans, l’état de l’art de la filière se résumait à deux qubits et à un taux d’erreur d’environ 4 % sur certaines mesures. Deux préprints, non encore relus par les pairs, vont dans le même sens : la jeune entreprise Groove Quantum, également installée à Delft, a décrit en avril un dispositif de 18 qubits fondé sur le germanium, au taux d’erreur comparable, et une équipe du RIKEN, au Japon, a rapporté ce mois-ci un système de 5 qubits sous 0,01 % d’erreur.
« C’est simplement une excellente chose pour la communauté qu’une telle avancée ait été réalisée », commente auprès de Nature le physicien théoricien Daniel Loss. L’un des rapports de relecture de l’article de HRL y voit « une étape importante dans la maturité technologique des qubits de spin à semi-conducteurs ». La comparaison de taille reste pourtant sans appel : les machines à circuits supraconducteurs dépassent la centaine de qubits, celles à atomes neutres se comptent en milliers. Ces résultats n’établissent donc pas une avance, mais une parité de qualité.
Un bit quantique gravé comme un transistor
Un ordinateur classique manipule des bits, qui valent 0 ou 1 ; un ordinateur quantique manipule des qubits, capables d’exister dans une superposition de ces deux états et de s’intriquer entre eux. Mais l’informatique quantique n’a pas encore de brique de base universelle comparable au transistor : un qubit peut être fait d’un atome, d’un circuit supraconducteur ou d’un électron.
Les qubits de spin exploitent cette dernière voie. Ils sont fabriqués comme les transistors de nos puces, en gravant des motifs de grande précision dans des plaquettes semi-conductrices — à ceci près que ces motifs forment non des transistors mais des puits, chacun retenant un unique électron. Le spin, propriété quantique qui décrit le moment angulaire d’une particule, peut être orienté dans n’importe quelle direction de l’espace : ce sont ces orientations qui portent l’information.
L’idée remonte à 1998, quand Daniel Loss et David DiVincenzo, alors physicien chez IBM, proposent les spins d’électrons comme qubits, parce qu’on peut les piloter « comme l’électronique contrôle les transistors, à savoir par de simples impulsions électriques ». La compatibilité avec les chaînes de production existantes rendait la piste séduisante ; sa lenteur l’a tenue à l’écart des annonces spectaculaires. Chez HRL, un qubit est d’ailleurs porté non par un électron isolé mais par le spin d’un trio d’électrons : la puce aligne 54 boîtes quantiques couplées par échange sur trois rails, configurables pour héberger jusqu’à 18 qubits.
Le vrai goulot d’étranglement : le câblage
L’obstacle que HRL affirme lever n’est pas le qubit lui-même, mais ce qui l’entoure. Un processeur quantique est piloté par des baies d’électronique à température ambiante, reliées par câbles à la puce refroidie près du zéro absolu. Multiplier les qubits revient à multiplier ces liaisons : à l’échelle d’une machine utile, l’enchevêtrement devient ingérable, et le coût avec lui.
La réponse consiste à descendre l’électronique de commande dans le froid. Un contrôleur CMOS conçu sur mesure fonctionne à l’intérieur du cryostat, à −450 °F, soit environ −268 °C, et produit lui-même tous les signaux nécessaires aux 18 qubits. Même à cette température, un circuit de commande reste brûlant comparé aux qubits qu’il pilote : c’est un câble-ruban supraconducteur haute densité, développé pour l’occasion, qui rend l’architecture viable, en transportant des centaines de signaux vers la zone encore plus froide sans y transporter la chaleur. Les erreurs de contrôle sont dix fois plus faibles que dans toute démonstration antérieure sur ce type de qubit, et chaque opération dure moins d’une microseconde. Un tel assemblage, souligne le PDG Rob Vasquez, vise des machines produites sur des lignes de fabrication de puces standard.
Corriger les erreurs, l’épreuve obligatoire
Aucun qubit n’est fiable individuellement : les états quantiques se dégradent sous l’effet du bruit environnant. La parade consiste à répartir l’information sur plusieurs qubits physiques et à détecter les erreurs au fil du calcul. Le critère qui compte est la « suppression d’erreur » : le taux d’erreur doit baisser quand on ajoute des qubits au code, faute de quoi agrandir la machine dégrade le calcul au lieu de l’améliorer.
HRL a implémenté un code de répétition de distance 5 et un code de détection d’erreurs de distance 2. Les erreurs ont chuté d’environ un facteur cinq à mesure que des qubits étaient ajoutés au code de répétition, conformément aux simulations. C’est en outre la première fois que la correction d’erreurs est exécutée intégralement par un contrôleur cryogénique, sans intervention en temps réel de l’électronique restée à température ambiante.
QuTech a exploré une autre piste : celle des réseaux peu peuplés dans lesquels les qubits se déplacent. Son dispositif comporte un « bus » de navettage qui transporte les spins de façon cohérente vers quatre emplacements isolés. L’équipe obtient le contrôle universel d’un processeur effectif de cinq qubits et réalise des contrôles de parité de poids quatre, de types X et Z — la brique élémentaire du code de surface, le schéma de correction d’erreurs le plus étudié. Elle en tire un état intriqué de Greenberger-Horne-Zeilinger à cinq qubits, l’un des plus grands jamais construits avec des spins de semi-conducteurs définis par grilles.
Le contexte industriel, lui, s’est retourné en quelques mois : HRL, détenue par Boeing et General Motors, a subi des licenciements massifs après la perte de contrats publics américains, avant qu’IBM n’annonce le 23 juillet 2026 son intention de racheter le laboratoire.
Pour comprendre
Pour prolonger la lecture avec les ressources du réseau Savoir.fr :
- Les ordinateurs quantiques pourraient menacer la sécurité informatique : pourquoi cette puissance de calcul inquiète les spécialistes du chiffrement.
- Définition d’« électron » : la particule dont le spin sert ici de support à l’information.
- Définition de « particule » : ce que recouvre la notion en physique.
Sources
- Dan Garisto, « Underdog « spin qubits » leap forward in race to a useful quantum computer », Nature, 29 juillet 2026
- HRL Quantum Team and Collaborators, « A digitally controlled silicon quantum processing unit », Nature, 655, 1154-1159, 29 juillet 2026
- B. Undseth et al., « Weight-four parity checks in a spin-shuttling architecture », Nature, 655, 1160-1166, 29 juillet 2026
- Communiqué de HRL Laboratories relayé par The Quantum Insider, 29 juillet 2026
- IBM Newsroom, « IBM to Acquire HRL Laboratories to Power the Future of Quantum », 23 juillet 2026
Rédaction Savoir.fr — publié le 31 juillet 2026.
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