Le Changement De Gaz De Cornell Ouvre Les Qubits À L'Usine

La Solution : L'Argon Dehors, Le Krypton Dedans

Des chercheurs du Fatemi Lab de l'université Cornell ont découvert qu'en remplaçant le gaz de pulvérisation cathodique utilisé pour déposer des films de tantale, en passant de l'argon au krypton, on atteint la même structure cristalline à environ la moitié de la température. L'étude, dirigée par le chercheur postdoctoral Maciej Olszewski sous la direction du responsable scientifique Valla Fatemi, a été publiée dans Nature Materials en août 2026 et est aussi disponible en préimpression sur arXiv.

Le tantale est devenu l'un des matériaux les plus attrayants pour les qubits supraconducteurs parce qu'il perd très peu d'énergie par résistance aux micro-ondes, ce qui se traduit directement par des qubits qui conservent plus longtemps leur état quantique. Le problème a toujours été de savoir comment le fabriquer. Amener le tantale dans la structure cristalline cubique centrée, stable et connue sous le nom de phase alpha, qui lui confère ces propriétés, exigeait jusqu'ici une pulvérisation magnétron à des températures de substrat dépassant 400 degrés Celsius. Les lignes de fabrication d'une fonderie de semi-conducteurs standard plafonnent leurs températures de procédé à environ 200-250 degrés Celsius, afin de ne pas endommager les transistors, le câblage et les autres structures déjà présentes sur la puce. Les qubits de tantale, autrement dit, avaient besoin d'un four capable de détruire le reste de la puce autour d'eux.

Un Problème De Fabrication Caché Dans Une Histoire De Physique

La plupart des articles publics sur les progrès de l'informatique quantique traitent le goulot d'étranglement comme un problème de physique : plus de qubits, des taux d'erreur plus faibles, des temps de cohérence plus longs. Le résultat de Cornell pointe vers une contrainte entièrement différente, qui se situe entre une démonstration physique qui fonctionne et un produit fabricable.

Un matériau peut avoir d'excellentes propriétés physiques et rester sans valeur commerciale si sa fabrication endommage tout le reste de la puce. C'est exactement ce que fait une température de procédé de 400 degrés Celsius à l'intérieur d'une fonderie de semi-conducteurs moderne : elle dépasse le budget thermique des transistors, des interconnexions et des circuits de contrôle dont une puce à qubits a besoin autour d'elle pour fonctionner comme un appareil, et non comme une simple curiosité de laboratoire. Remplacer le gaz de procédé de l'argon par le krypton ne change pas la physique du tantale. Cela change la manière dont cette même structure cristalline de phase alpha se forme à la surface, lui permettant de se stabiliser à une température plus basse. Ce type de solution d'ingénierie des matériaux fait rarement les gros titres, parce qu'elle n'annonce pas de nouveau record. Elle supprime un mur qui se dressait entre un résultat de laboratoire et une ligne de fabrication, ce qui est une information bien plus utile quand la question est de savoir quand le matériel quantique deviendra quelque chose qu'une entreprise peut réellement commander et recevoir.

Avant Et Après, En Chiffres

La comparaison devient claire dès que l'on met les deux procédés côte à côte. Les films crus à 250 et 350 degrés Celsius avec le procédé au krypton ont montré une distribution de performance étroite, à l'état de l'art, tandis que les films crus à des températures plus élevées ont montré davantage de pertes, corrélées à un mélange indésirable entre le tantale et le substrat de silicium sous-jacent.

Les qubits transmon construits avec les films pulvérisés au krypton, avec un espacement de condensateur compact de 20 micromètres, ont atteint des facteurs de qualité internes allant jusqu'à 16,9 millions, avec une médiane de 14 millions sur les températures de croissance les plus performantes. Le facteur de qualité mesure combien d'oscillations le signal micro-ondes d'un qubit survit avant de perdre son information quantique, si bien qu'un nombre plus élevé signifie un qubit plus durable et plus exploitable.

Qui A Fait Le Travail, Et Qui L'A Payé

L'étude, signée par douze auteurs, a été dirigée par Maciej Olszewski, chercheur postdoctoral, sous la direction de Valla Fatemi, professeur assistant à la School of Applied and Engineering Physics de Cornell et Aref and Manon Lahham Faculty Fellow. Parmi les coauteurs figurent le spécialiste des matériaux de Cornell David Muller, ainsi que Lingda Kong, Simon Reinhardt, Daniel Tong, Xinyi Du, Gabriele Di Gianluca, Haoran Lu, Saswata Roy, Luojia Zhang et Aleksandra Biedron.

Le financement provient du Microelectronics Commons Program du Département de la Guerre des États-Unis, de l'Air Force Office of Scientific Research et de la Cornell NanoScale Science and Technology Facility, qui bénéficie du soutien de la National Science Foundation. Fatemi a décrit ce changement comme délibérément peu spectaculaire : "Nous avons trouvé un changement relativement simple pour amener cette température dans une zone transposable aux systèmes de nanofabrication de l'industrie."

Le Signal Que Les Acteurs De L'UE Et Du Royaume-Uni Devraient Suivre

Les délais de l'informatique quantique sont habituellement discutés à travers des démonstrations du nombre de qubits ou des jalons de correction d'erreurs, deux résultats de physique qui peuvent se produire entièrement à l'intérieur d'un laboratoire de recherche. Des résultats de compatibilité de fabrication comme celui-ci mesurent autre chose : si un composant peut réellement être construit en volume avec l'équipement qu'une véritable fonderie de semi-conducteurs possède déjà.

Cette distinction compte directement pour la stratégie de semi-conducteurs de l'UE et du Royaume-Uni dans le cadre du Chips Act, construite autour de l'expansion des capacités de fabrication nationales plutôt que du financement de nouveaux articles de physique. Un matériau à qubits qui nécessite un procédé à 400 degrés n'est candidat à aucune intégration à court terme dans une ligne de fabrication européenne existante, aussi belle que sa physique paraisse sur le papier. Un matériau à qubits qui tient dans un budget thermique de 200 degrés l'est. Pour un opérateur ou un investisseur qui cherche à juger quand le matériel quantique passera d'une démonstration de laboratoire à quelque chose de commandable, le jalon à suivre est ce type de résultat de compatibilité de procédé, pas la prochaine annonce sur le nombre de qubits.

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