Lancer la prochaine phase de l'informatique quantique

Dans la salle blanche, le groupe fabrique lui-même les cristaux et les intègre dans ce que l'on appelle des plateformes photonique III-V (voir l'image). (Source : Martin Brandstätter ; Droit d'auteur : Université de Würzburg)

Le Dr Andreas Pfenning dirige le projet. (Source : Martin Brandstätter ; Copyright : Université de Würzburg)

Une technologie en cours de développement à l'Université Julius-Maximilians de Würzburg (JMU) pourrait être déterminante pour l'avenir des technologies quantiques : un modulateur de phase innovant, capable de contrôler des signaux lumineux de manière extrêmement rapide et quasi sans perte. Pour le développement de ce composant, le groupe de jeunes chercheurs Ferro35, dirigé par le Dr. Andreas Pfenning, professeur de physique technique, reçoit plus de 6,6 millions d'euros du Ministère fédéral de la recherche, de la technologie et de l'espace (BMFTR).

Les ordinateurs quantiques, les capteurs quantiques et la communication à l'abri d'écoute sont considérés comme des technologies clés pour les décennies à venir. Mais malgré de grands progrès, il manque encore un composant indispensable aux systèmes quantiques photoniques évolutifs : un modulateur qui influence précisément les états quantiques sans perturber le signal lumineux sensible. C'est précisément là que le groupe de jeunes chercheurs intervient.

Un composant qui fait la différence

Les modulateurs de phase sont depuis longtemps établis dans les réseaux optiques classiques. Cependant, les solutions actuelles ne suffisent pas pour les technologies quantiques. « Nous avons besoin de composants permettant des vitesses élevées tout en ayant des pertes optiques extrêmement faibles », explique Pfenning. « Cette combinaison n'existe pas encore — et elle est cruciale pour des circuits quantiques complexes. »

Le groupe de jeunes chercheurs adopte donc une nouvelle approche : il intègre du titanate de baryum (BTO) dans des plateformes de photonique III-V, déjà utilisées pour des sources de lumière quantique efficaces. La combinaison de ces deux systèmes de matériaux est technologiquement exigeante, mais ouvre des possibilités totalement nouvelles pour le contrôle de la lumière sur la puce.

Des cristaux fabriqués en interne

Pour que cette approche fonctionne, l'équipe fabrique elle-même les cristaux nécessaires : couche par couche, en salle blanche et sous vide poussé. La méthode s'appelle épitaxie par jets moléculaires (MBE) et fait partie des procédés les plus précis en recherche de matériaux. Plusieurs installations MBE sont déjà disponibles dans le laboratoire Gottfried-Landwehr pour la nanotechnologie, une autre sera spécialement aménagée pour Ferro35. « Pour les matériaux ferroélectriques, nous avons besoin d'un environnement de processus particulièrement propre », explique Pfenning. « Même les plus petites contaminations peuvent modifier les propriétés des cristaux. »

Comme avec des Lego : du composant au circuit quantique

Outre le modulateur, le groupe développe d'autres composants nécessaires aux circuits quantiques photoniques, tels que des guides d'ondes, des coupleurs et des sources de lumière quantique intégrées. Ces composants sont d'abord simulés, puis fabriqués en salle blanche.

« Nous construisons une bibliothèque de composants avec laquelle nous pouvons concevoir, assembler et fabriquer directement des circuits », explique Pfenning. « Cela ressemble en quelque sorte à assembler des Lego : lorsque l'élément approprié est placé au bon endroit, un circuit fonctionnel se construit étape par étape. Les conceptions ainsi développées peuvent être immédiatement fabriquées et testées expérimentalement. »

Cela facilite non seulement le développement, mais ouvre également de nouvelles possibilités dans l'enseignement. Les étudiants pourront à l'avenir expérimenter avec ces modèles — une approche ludique d’un domaine de recherche hautement complexe.

Il faudra encore du temps avant que des ordinateurs quantiques entièrement évolutifs ne deviennent une réalité. Mais les composants développés dans le cadre du projet pourraient déjà ouvrir des perspectives plus tôt. « Des modulateurs rapides et à faibles pertes sont également intéressants pour les télécommunications », souligne Pfenning. « Notre technologie peut y apporter des impulsions importantes. »

Le programme de financement « Quantum Futur »

Ferro35 est soutenu dans le cadre du programme « Quantum Futur 3 ». L'initiative du BMFTR vise à soutenir les jeunes chercheurs dans la création de groupes de recherche autonomes, qui développent de nouvelles bases technologiques pour la deuxième génération de technologies quantiques. Pour le Dr. Andreas Pfenning, cette subvention représente l'opportunité d'établir une orientation de recherche clairement définie à la JMU : la photonique quantique ferroélectrique.

Ferro35 constitue une plateforme technologique qui, à long terme, doit contribuer à renforcer la souveraineté technologique de l'Allemagne et de l'Europe. La subvention couvre la création d'infrastructures propres, la formation du personnel scientifique et le développement de composants clés pour les systèmes quantiques photoniques.

À propos de la personne

Le Dr. Andreas Pfenning dirige depuis 2026 le groupe de jeunes chercheurs Ferro35 au sein du département de physique technique de la JMU. Depuis la fin de 2022, il dirige le groupe de recherche en photonique quantique à semi-conducteurs et poursuit son habilitation en physique expérimentale.

Après sa thèse, il a travaillé en tant que post-doctorant à l'Institut de la matière quantique de l'Université de la Colombie-Britannique à Vancouver, où il a travaillé sur le traitement de l'information quantique photonique basé sur le silicium. Ses recherches actuelles combinent la photonique quantique intégrée, de nouveaux matériaux ferroélectriques et le développement de technologies quantiques évolutives.