Ligne de pionniers quantiques à base de semi-conducteurs « SPINS » lancée avec le soutien de l'UE

Le Fraunhofer IPMS joue un rôle clé dans SPINS pour la structuration haute résolution des éléments de qubits et de processeurs. © Fraunhofer IPMS

En avril, « SPINS » (Semiconductor Pilot line for Industrial Quantum NanoSystems) a été lancé, l’une des six lignes pilotes quantiques européennes. Le consortium coordonné par imec rassemble 25 établissements de recherche européens, partenaires industriels et groupes de recherche académiques, afin de renforcer le rôle de leader et la souveraineté de l’Europe dans ce domaine stratégique. Le projet de ligne pilote SPINS, doté de 50 millions d’euros, a été rendu possible grâce à la cofinancement du Chips Joint Undertaking (Chips JU) de l’Union européenne ainsi que des autorités nationales et régionales des États membres participants.

Le calcul quantique est devenu un domaine hautement stratégique, dont la pertinence économique et sociétale ne cesse de croître. Les applications vont des avancées dans la recherche pharmaceutique et la science des matériaux aux systèmes de communication hautement sécurisés et aux systèmes de navigation de nouvelle génération. Cependant, il existe toujours un écart entre la recherche quantique actuelle et les processeurs quantiques fabriquables, qui permettent des applications quantiques significatives. La mise à l’échelle du nombre de qubits stables (jusqu’à un milliard) est la clé pour construire des ordinateurs quantiques fiables et tolérants aux erreurs.

Compte tenu de la complexité technologique, notamment du fonctionnement cryogénique, de l’électronique de commande ultraprécise et des processus de fabrication hautement spécialisés, ainsi que de l’importance stratégique des puces quantiques, le EU-Chips-Act a mis en place six lignes pilotes quantiques complémentaires, chacune axée sur une plateforme matérielle spécifique, afin de faire progresser conjointement les technologies quantiques dans les domaines du calcul, de la communication et de la détection. Au sein de ce portefeuille, SPINS est la ligne pilote dédiée aux qubits à base de semi-conducteurs, avec un accent sur la fourniture de puces quantiques pour des applications en calcul quantique.

Imec coordonne les activités de cette nouvelle ligne pilote et dirige le consortium européen composé de 25 partenaires, comprenant des établissements de recherche tels que Fraunhofer, VTT et CEA-Leti, ainsi que l’industrie (tant de grandes entreprises comme Infineon et Siltronic que des PME et start-ups) et des groupes académiques (comme la TU Delft et l’Université de Jyväskylä), apportant des connaissances et compétences complémentaires, dans le but de transformer le cadre stratégique du EU-Chip-Gesetz en actions concrètes.

Parmi les premières mesures du consortium SPINS figurent des optimisations de processus et de conception pour établir une base solide pour des qubits à spin évolutifs, stables et performants, sur trois plateformes technologiques différentes : Si/SiGe, Ge/GeSi et SOI. SPINS vise à établir, via des wafers multi-projets (MPW) et des kits de conception de processus quantiques standardisés (PDK), une voie du laboratoire à la fabrication pour cette technologie, réduisant ainsi les barrières à l’entrée pour les start-ups et PME dans la technologie quantique des semi-conducteurs, et posant les bases pour que les entreprises européennes puissent développer rapidement leur savoir-faire en matière de quantique.

Le Fraunhofer IPMS dans le cadre de SPINS

Le Fraunhofer IPMS joue un rôle clé dans la structuration à haute résolution des éléments de qubits et de processeurs dans le cadre de SPINS. Toutes les étapes de lithographie nécessitant une résolution supérieure à celle des méthodes optiques sont réalisées au Fraunhofer IPMS. Cela permet à l’institut d’assurer une structuration précise et reproductible, essentielle au fonctionnement et à la scalabilité des circuits quantiques à base de Si/SiGe.

De plus, le Fraunhofer IPMS contribue de manière déterminante à la stabilité et à la maturité du processus de toute la ligne pilote en fournissant une infrastructure de salle blanche de haute qualité, conçue pour des processus de fabrication de qubits reproductibles et évolutifs. Les processus appliqués au Fraunhofer IPMS sont conçus pour supporter à la fois les plateformes Si/SiGe et Ge/SiGe, sécurisant ainsi plusieurs voies technologiques complémentaires du consortium SPINS. Par ailleurs, l’expertise du Fraunhofer IPMS constitue un pont vers les activités du projet européen QLSI2, où la migration vers la lithographie à haute résolution et les wafers de 300 mm est expérimentée. Cela prépare dès à présent la transition future des résultats de la ligne pilote SPINS vers une ligne CMOS de 300 mm.

Le Fraunhofer IPMS associe ainsi excellence en recherche et maturité industrielle, renforçant significativement l’indépendance technologique de l’Europe dans le domaine de la technologie quantique des semi-conducteurs.

Les lignes pilotes quantiques pour l’Europe

Les domaines complémentaires des efforts européens en matière de quantique incluent, outre la ligne pilote à base de semi-conducteurs, des lignes pilotes en photonique pour le projet quantique « P4Q » (coordonné par l’Université de Twente, NL) – auquel participe également imec –, des qubits à piège à ions « CHAMP-ION » (coordonné par SAL, AT), des qubits supraconducteurs « SUPREME » (coordonné par VTT, FI), des puces quantiques en diamant « DIREQT » (coordonné par CNR, IT) et des atomes neutres « Q PLANET » (coordonné par Pasqal, FR).