Pierre Desjardins, PDG de la start-up parisienne C12, explique dans une interview à Clubic comment ses qubits sur nanotube de carbone pourraient changer la donne du calcul quantique tolérant aux fautes d'ici 2033.
Jeudi, C12 a dévoilé sa feuille de route vers un ordinateur quantique universel et tolérant aux fautes, articulée en quatre générations de processeurs jusqu'en 2033. Son PDG et co-fondateur Pierre Desjardins a répondu à nos questions sur les choix technologiques qui fondent cette ambition. Des nanotubes de carbone au redoutable wiring problem, il décrypte sans filtre et avec la pédagogie nécessaire les défis qui attendent la très prometteuse start-up.
Qubits expliqués et chemin vers l'ordinateur quantique tolérant aux fautes, le boss de C12 s'explique
Alexandre Boero (Clubic) : Pour commencer, comment définiriez-vous les « qubits de spin sur nanotube de carbone », les « qubits logiques », les « qubits physiques » ?
Pierre Desjardins (C12) : Un qubit physique, c'est l'unité de base du calcul quantique, l'équivalent du bit classique, mais qui peut exister en superposition d'états 0 et 1 simultanément. Le problème, c'est qu'un qubit physique est fragile : le moindre bruit thermique ou électromagnétique le perturbe et introduit des erreurs. C'est pourquoi on ne peut pas se contenter de qubits physiques pour faire du calcul utile et fiable.
Le qubit logique est la réponse à ce problème. On en construit un en combinant plusieurs qubits physiques, de façon à ce que les erreurs puissent être détectées et corrigées en temps réel, sans détruire l'information quantique. C'est ce qu'on appelle la correction d'erreurs quantiques. Le qubit logique est robuste là où le qubit physique est vulnérable.
Chez C12, notre matériau de base pour implémenter ces qubits physiques, c'est le nanotube de carbone. C’est une structure cylindrique constituée d'atomes de carbone arrangés en réseau hexagonal, avec un diamètre de l'ordre du nanomètre, un millionième de millimètre. Notre approche chez C12 est basée sur le carbone-12, un isotope à spin nucléaire nul. Cela signifie qu'il n'existe pas d'interaction entre le noyau de l'atome et l'électron dont nous encodons le qubit, ce qu'on appelle l'interaction hyperfine. Le résultat est un environnement magnétiquement silencieux, exceptionnellement peu perturbateur pour notre qubit de spin. C'est cette pureté intrinsèque du matériau qui constitue un élément clé de notre approche.
À grande échelle, les contraintes dominantes ne sont plus seulement la qualité du qubit isolé, mais aussi le contrôle, le câblage, la connectivité et le temps d’exécution.
Votre feuille de route annonce qu'en 2027, il ne faudra que 16 qubits physiques pour créer 1 qubit logique. C'est un ratio extrêmement bas. En quoi la pureté du nanotube est-elle la clé de ce raccourci technologique ?
La correction d'erreurs quantiques fonctionne selon un principe simple : plus votre qubit physique est bruité, plus vous devez en empiler pour compenser les erreurs et en tirer un qubit logique fiable. Certaines technologies nécessitent des centaines, voire des milliers de qubits physiques par qubit logique précisément parce que leur taux d'erreur de base est élevé.
Chez C12, l'absence de spin nucléaire dans le carbone-12 supprime à la source l'une des principales causes de décohérence, c'est-à-dire des interactions parasites qui détruisent l'information quantique. Nos qubits physiques partent donc d'un niveau d'erreur intrinsèquement bas, avec des temps de cohérence que ce matériau rend atteignables bien au-delà de ce que d'autres plateformes peuvent espérer. Cela change tout au moment de construire les codes correcteurs d'erreurs : on a besoin de moins de redondance physique pour atteindre la même fiabilité logique. La combinaison de cette qualité matérielle, de notre architecture et des choix de correction d’erreurs permet de créer des qubits logiques avec un ratio d’une centaine de qubits physiques par qubit logique, une réduction d’un facteur 10 par rapport aux approches plus mainstream basés sur le code de surface.
Pour Aïdôs, le niveau de correction d’erreur est plus modeste, avec un taux d’erreur logique de l’ordre de 10⁻³, ce qui explique la faisabilité avec seize qubits physiques. (vs 1 pour 10 million pour Panopeia) Ce ratio doit donc être compris dans ce cadre de performance.
Vous prévoyez d'utiliser une architecture chiplet à partir de 2030 (Zélos). Dans le monde quantique, relier des puces entre elles sans perdre l'intrication est un défi colossal. Comment comptez-vous faire circuler l'information quantique entre ces modules ?
Relier deux processeurs classiques, c'est transférer des données. Relier deux modules quantiques, c'est partager des états quantiques entre qubits qui ne sont pas voisins, ce qui interdit toute mesure intermédiaire, puisqu'on détruirait l'information en la lisant.
Pour répondre à ce défi, nous travaillons à la création d’un bus quantique. Il s'agit d'un résonateur micro-onde supraconducteur qui joue le rôle de canal de communication entre qubits distants, sans qu'ils aient besoin d'être physiquement adjacents. Chaque qubit peut être couplé ou découplé de ce bus à la demande, en manipulant le confinement électronique dans le nanotube, ce qui nous donne une connectivité flexible et préserve la cohérence des qubits qui ne sont pas en train de communiquer. C'est une architecture différente des approches à voisinage seul, qui se heurtent à un goulot d'étranglement dès qu'on monte en nombre de qubits.
Nous avons déjà publié dans Nature des résultats sur des temps de cohérence ultra-longs pour des qubits couplés via ce bus, et parmi les prochains jalons figure la démonstration de portes à deux qubits médiées par des photons micro-onde. C'est précisément cette brique, maîtrisée dès aujourd'hui à l'échelle du laboratoire, qui rend l'architecture chiplet de Zélos crédible à l'horizon 2030.
Pour la connexion entre les modules, c’est basé sur la même physique, combinée avec les dernières avancées de l’industrie semi-conducteur. Le cross-module couplers permet l’ordinateur quantique universel Panopeia.
Vous visez moins d'un watt par qubit pour Panopeia en 2033. L'ordinateur quantique consommera-t-il réellement moins qu'un supercalculateur actuel pour résoudre les mêmes problèmes ?
Oui, notre vision est que l’ordinateur quantique sera là soit pour traiter des problèmes infaisables sur des puces classiques, soit pour faire les mêmes calculs qu’un supercalculateur mais en consommant moins d’énergie.
Un ordinateur quantique a besoin d'un environnement cryogénique pour fonctionner, c'est une réalité physique incontournable. Mais contrairement à d'autres approches, nos qubits peuvent fonctionner à des températures de l’ordre de quelques centaines de millikelvins, soit un ordre de grandeur plus élevées que celles requises par certaines technologies concurrentes. Cela permet d’intégrer jusqu’à deux ordres de grandeur supplémentaires d’électronique de contrôle directement à froid.
Ensuite, notre approche est structurellement plus frugale que ce que l'industrie propose en majorité, et ce pour deux raisons liées à notre technologie.
La première, c'est la taille. Les nanotubes de carbone sont des objets d'une compacité extrême, compatibles avec les procédés de fabrication semiconducteur standard. Nous travaillons sur ce matériau depuis la création de C12 il y a cinq ans, avec une expertise et une propriété intellectuelle uniques au monde, qui constituent la base de notre feuille de route. Nous pouvons intégrer un très grand nombre de qubits dans un volume réduit, ce qui limite directement l'empreinte cryogénique du système. La deuxième, c'est la connectivité. Le bus quantique permet à des qubits distants de communiquer sans qu'on ait besoin de multiplier les infrastructures de contrôle ou les volumes refroidis. Cette approche s’inscrit dans la même logique : tirer parti de notre savoir-faire pour simplifier l’architecture système à grande échelle.
Ces deux caractéristiques combinées nous permettent de viser moins d'un watt par qubit pour Panopeia, un niveau d’efficacité énergétique très compétitif à grande échelle. Ce qui est clé, c’est que cette montée en échelle reste contenue dans un seul cryostat, plutôt que de nécessiter une multiplication des systèmes cryogéniques. Cela simplifie fortement l’infrastructure, la maintenance et le coût global du système.
Entre 2027 et 2033, vous passez de 16 à plus de 100 000 qubits physiques. Quel est votre plus grand défi technique : la fabrication de nanotubes parfaits à grande échelle, ou la miniaturisation de l'électronique de contrôle ?
Les deux sont des défis réels, mais si je dois en isoler un, c'est la co-intégration de l'électronique de contrôle qui représente aujourd'hui le verrou le plus structurant. Produire des nanotubes de carbone de haute pureté à grande échelle, c'est un défi sur lequel nous travaillons depuis la création de C12 il y a cinq ans, et sur lequel nous détenons aujourd'hui une propriété intellectuelle unique au monde. C'est précisément ce savoir-faire qui fonde notre roadmap et qui constitue un avantage compétitif durable.
Le vrai goulot d'étranglement dans l'industrie quantique au sens large, c'est ce qu'on appelle le « wiring problem » : un qubit physique nécessite des lignes de contrôle, de mesure et de feedback en nombre quasiment proportionnel. Quand vous passez à des centaines de milliers de qubits, vous ne pouvez plus vous permettre de câbler chaque qubit individuellement depuis l'extérieur du cryostat. Il faut intégrer une partie de l'électronique de contrôle directement à l'intérieur, à froid, au plus près des qubits. C'est un problème de physique, de conception de circuits et de thermique simultanément et c'est là-dessus que nous investissons massivement pour les étapes Zélos et Panopeia.
Pouvez-vous citer un exemple précis de calcul que Styx (2032) pourra réaliser en quelques minutes là où un PC actuel prendrait des années ?
Nous envisageons dans un premier temps avec un système comme Styx, qui compte plus d’une centaine de qubits logiques, la résolution de cas d’usage en chimie quantique, avec une fidélité quantique difficilement accessible au calcul classique, dans des conditions qui commencent à devenir pertinentes pour des applications réelles.
Les cas d’usage précis restent encore à développer avec les industriels concernés, que nous encourageons à se pencher sur les applications quantiques dès maintenant pour être prêts à cette révolution quantique.
Vous fabriquez vos puces au cœur de Paris. Est-ce une nécessité technique de tout maîtriser en interne, ou une volonté stratégique de garantir une solution souveraine ?
C'est les deux, et les deux se renforcent mutuellement. Sur le plan technique, le nanotube de carbone est un matériau suffisamment nouveau et spécifique pour qu'il n'existe pas de filière de sous-traitance capable de produire ce dont nous avons besoin selon nos spécifications. Nous avons construit la maîtrise de toute la chaîne, depuis la synthèse des nanotubes jusqu'à l'intégration dans nos dispositifs quantiques. Ce qui était une contrainte au départ est devenu un avantage structurel : chaque optimisation que nous faisons sur le matériau se traduit immédiatement en gain de performance sur nos qubits, sans friction ni délai.
Sur le plan stratégique, la question de la souveraineté technologique est devenue centrale pour nos clients potentiels, en particulier dans les secteurs de la défense, de la finance et des infrastructures critiques. Un système quantique, c'est aussi une infrastructure de confiance. Nos clients ont besoin de savoir que la chaîne de fabrication est maîtrisée, auditée, et qu'elle ne dépend pas d'un composant dont l'accès pourrait être restreint du jour au lendemain pour des raisons géopolitiques.
La note de fin de Clubic : Sept ans, quatre générations de processeurs, et une technologie entièrement développée à Paris, la feuille de route de C12 est autant un pari technologique qu'une déclaration d'intention industrielle. « Notre objectif n'est pas simplement de construire plus de qubits », rassure Pierre Desjardins. Dans une course mondiale au quantique dominée par les géants américains et asiatiques, l'entreprise française avance ses pièces avec méthode, et une conviction chevillée au corps : la qualité du matériau fera la différence. Rendez-vous en 2027 pour Aïdôs, le premier vrai test.
