Encore un exploit américain avec la toute première puce quantique-photonique-électronique intégrée construite avec une technologie standardisée

Une minuscule fabrique de photons embarquée sur une puce classique.

Une douzaine de petites usines à lumière, chacune plus petite qu’un timbre-poste, fonctionnant à l’unisson sur une puce de quelques millimètres carrés. Voilà ce que viennent de réaliser des chercheurs de Boston University, UC Berkeley et Northwestern : la toute première puce quantique-photonique-électronique intégrée, construite avec la même technologie que nos ordinateurs du quotidien !
Leur prouesse ? Avoir créé une puce capable de générer, stabiliser et piloter en temps réel 12 sources de lumière quantique, en utilisant un procédé standard de fabrication en 45 nanomètres, commun dans l’industrie des semi-conducteurs. En d’autres termes, une technologie de laboratoire hautement complexe, désormais intégrable dans un circuit grand public.

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Des résonateurs à microrings pour manipuler des paires de photons

Le cœur du dispositif repose sur des résonateurs à “microrings”, de minuscules anneaux qui concentrent la lumière laser pour générer des paires de photons intriqués. Ces photons, inséparables dans leur comportement, sont le carburant des ordinateurs quantiques, des capteurs ultraprécis ou des communications impossibles à intercepter.
Chaque source photonique ne dépasse pas le millimètre carré, et l’ensemble fonctionne comme un orchestre parfaitement accordé. Mais il y a un hic : ces anneaux sont extrêmement sensibles à la température, aux défauts de fabrication, et même aux fluctuations environnementales. Une infime variation suffit à désynchroniser l’ensemble.

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Une correction en temps réel intégrée dans la puce elle-même

Plutôt que de corriger les dérives depuis l’extérieur, les chercheurs ont fait mieux : ils ont intégré les mécanismes de régulation directement dans la puce. Chaque résonateur embarque ainsi des photodiodes capables de détecter une désynchronisation avec la lumière laser entrante.
Et ce n’est pas tout. La puce dispose aussi de chauffages miniatures pour ajuster la température locale, ainsi que d’une logique de contrôle embarquée qui pilote ces réglages en boucle fermée et en temps réel. C’est cette régulation continue qui permet à la lumière quantique de rester stable, même si l’environnement tremble ou chauffe.

Une technologie grand public pour des fonctions hors normes

L’un des exploits majeurs du projet est d’avoir rendu ce système compatible avec le standard CMOS 45 nm, utilisé partout dans les puces des supercalculateurs, des centres de données ou des IA embarquées. Jusqu’à présent, les expériences en optique quantique nécessitaient des équipements coûteux et sur mesure, hors de portée des usines classiques.
La puce a été fabriquée sur une plateforme développée conjointement par BU, UC Berkeley, GlobalFoundries et Ayar Labs. Et grâce à la collaboration avec Northwestern, elle peut désormais héberger des circuits quantiques photoniques avancés, tout en respectant les contraintes de production industrielle.

Un défi interdisciplinaire relevé par une nouvelle génération d’ingénieurs

Il a fallu une coordination millimétrée entre des domaines qui ne dialoguent habituellement jamais : optique quantique, photonique intégrée, électronique CMOS. Le résultat tient de la haute couture technologique.
C’est aussi une belle vitrine pour la relève. Plusieurs doctorants ayant travaillé sur le projet ont depuis rejoint des entreprises spécialisées comme PsiQuantum, Ayar Labs ou Google X, où ils poursuivent leurs travaux sur la photonique sur silicium et l’informatique quantique.

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Vers une industrie quantique pilotée à la puce près

Cette puce n’est pas encore un ordinateur quantique à elle seule. Mais elle ouvre une voie tangible vers des systèmes quantiques fiables, intégrés et reproductibles. En d’autres termes, elle permet de passer du prototype de laboratoire à l’usine.
Produire de la lumière quantique sur commande, la stabiliser et l’intégrer dans une chaîne électronique classique : voilà un changement de paradigme. Ce n’est plus seulement la science qui pousse les limites, c’est l’industrie elle-même qui les intègre dans ses chaînes de production. Une lumière de l’avenir, générée dans un carré de silicium de quelques millimètres.

Source :

Kramnik, D., Wang, I., Ramesh, A. et al. Scalable feedback stabilization of quantum light sources on a CMOS chip. Nat Electron (2025). https://doi.org/10.1038/s41928-025-01410-5

Image : Carte de circuit imprimé emballée contenant la puce, placée sous le microscope dans la station d’essai pendant une expérience (Boston University).