Fujitsu développe un prototype d’ordinateur quantique utilisant les propriétés magnétiques d’atomes intégrés au diamant (diamond-spin)

Fujitsu annonce aujourd’hui avoir développé le premier prototype opérationnel au monde d’ordinateur quantique à spins dans le diamant intégrant des centres lacune-étain (SnV) dans des circuits photoniques intégrés (1) (2). Le prototype peut fonctionner à -271,6 °C, une température supérieure à la température de fonctionnement habituelle des ordinateurs quantiques supraconducteurs (-273,13 °C). Fujitsu a par ailleurs démontré, dans un environnement de test, qu’il pouvait être utilisé via la plateforme de calcul quantique hybride de Fujitsu sans nécessiter de connaissances spécialisées supplémentaires.

 

Ce développement constitue une étape importante vers la mise en œuvre d’une architecture modulaire, l’une des approches les plus prometteuses pour faire évoluer les ordinateurs quantiques, grâce à sa haute fidélité et à l’efficacité de sa connectivité optique.

 

Ce prototype repose sur les résultats de recherches conjointes engagées en 2020 par Fujitsu, l’Université de technologie de Delft et QuTech, institut de recherche de premier plan mondial dans les technologies quantiques et composante de la TU Delft.

 

Fujitsu poursuivra le développement de la technologie d’intégration des centres SnV et vise la mise au point, d’ici 2027.
En outre, Fujitsu commencera à développer des technologies visant à intégrer l’approche fondée sur les spins dans le diamant à l’approche supraconductrice, contribuant ainsi aux progrès vers la réalisation d’ordinateurs quantiques à grande échelle.

 

Cette initiative s’inscrit dans la feuille de route quantique de Fujitsu, qui fixe pour objectif à l’entreprise de concrétiser l’usage pratique de l’informatique quantique d’ici 2030.

 

Commentaire de Vivek Mahajan, Corporate Executive Officer, Corporate Vice President et CTO, responsable de la plateforme système, Fujitsu Limited

« L’approche utilisant les propriétés magnétiques d’atomes intégrés au diamant (diamond-spin) que nous avons appliquée à ce prototype offre non seulement une capacité de passage à l’échelle exceptionnelle en elle-même, mais présente également un potentiel d’intégration avec les ordinateurs quantiques supraconducteurs afin d’en étendre encore les capacités et de permettre des calculs plus complexes et à plus grande échelle.

 

Dans le cadre de notre feuille de route visant un système de 250 qubits logiques d’ici l’exercice 2030 et de 1 000 qubits logiques d’ici l’exercice 2035, Fujitsu continuera de faire progresser l’informatique quantique pratique dans un large éventail de domaines, du logiciel au matériel, tout en tirant parti des principaux atouts de l’approche utilisant les propriétés magnétiques d’atomes intégrés au diamant (diamond-spin), notamment sa haute fidélité et sa connectivité optique. »

 

Commentaire du Dr Kees Eijkel, directeur général de QuTech, Université de technologie de Delft

« Nous sommes ravis d’annoncer ce prototype d’ordinateur quantique utilisant les propriétés magnétiques d’atomes intégrés au diamant (diamond-spin), fruit des recherches collaboratives menées depuis 2020 par Fujitsu, l’Université de technologie de Delft et QuTech. Il représente une étape majeure de notre solide collaboration. Démontrer la capacité de passage à l’échelle attendue de cette approche reste un parcours long et exigeant. Toutefois, en renforçant encore notre collaboration avec Fujitsu, nous sommes déterminés à relever ce défi ambitieux et porteur de sens, et à jouer un rôle moteur dans le développement des technologies quantiques de nouvelle génération. »

 

Présentation des technologies développées

Le prototype intègre les trois technologies suivantes développées par Fujitsu :

 

1. Technologie d’assemblage de matériaux hétérogènes et d’amincissement pour des puces quantiques évolutives

Pour créer des puces quantiques utilisant des centres SnV, Fujitsu a développé une technologie d’assemblage de matériaux hétérogènes permettant de lier des substrats de diamant de haute qualité, dans lesquels de l’étain a été implanté par ions, à des substrats d’alumine et de dioxyde de silicium. Fujitsu a également développé une technologie d’amincissement afin de réduire l’épaisseur des substrats de diamant de plusieurs centaines de micromètres à plusieurs centaines de nanomètres, les rendant ainsi adaptés à une utilisation dans des puces quantiques.

 

2. Technologie de fabrication de circuits photoniques intégrés pour les centres SnV

Fujitsu a développé une technologie de fabrication de circuits photoniques intégrés (3) associant des cristaux de diamant nanométriques contenant des centres SnV à des guides d’ondes optiques en alumine, transparents dans le spectre de la lumière visible, afin d’extraire les photons uniques émis par les centres SnV lors de la lecture des qubits. Pour le traitement du diamant, Fujitsu s’est appuyé sur les résultats de recherches conjointes avec l’Université de Tokyo.

 

3. Technologie de conversion des circuits quantiques pour l’approche utilisant les propriétés magnétiques d’atomes intégrés au diamant (diamond-spin)

Cette approche nécessite de contrôler les qubits en combinant lumière, micro-ondes et ondes radiofréquences. Fujitsu a développé un mécanisme permettant de convertir les circuits quantiques décrits au moyen de portes quantiques en séquences de commande pour les opérations physiques propres à cette approche, ce qui permet leur pilotage depuis la plateforme Fujitsu Hybrid Quantum Computing.

Fig. 1. Prototype d’ordinateur quantique utilisant les propriétés magnétiques d’atomes intégrés au diamant (diamond-spin)
Fig. 2. Image au microscope électronique et schéma d’une partie du circuit photonique intégré composé de diamant contenant des centres SnV et de guides d’ondes en alumine
Fig. 3. Structures moléculaires et spectres d’émission des centres SnV et NV

Quantum computing chip utilisant SnV Centers

Diamond-spin quantum computer prototype

 

Contexte

L’approche utilisant les propriétés magnétiques d’atomes intégrés au diamant (diamond-spin) emploie comme qubits des défauts du réseau cristallin appelés centres colorés. Elle atteint une haute fidélité grâce aux propriétés intrinsèques du diamant, qui permettent aux états quantiques de rester stables (4), et pourrait permettre de constituer de manière fiable des qubits logiques à partir d’un nombre inférieur de qubits physiques par rapport aux approches supraconductrices et autres. En outre, la lumière peut être utilisée pour relier de façon flexible plusieurs modules quantiques (5) (6), permettant la construction de systèmes à architecture modulaire pouvant évoluer efficacement.

Habituellement, cette approche utilise des structures appelées centres lacune-azote (NV), formées par des impuretés d’atomes d’azote dans les cristaux de diamant. Toutefois, pour la mise au point de ce prototype, Fujitsu a utilisé des centres lacune-étain (SnV), dont la symétrie structurelle les rend moins sensibles au bruit externe que les centres NV, ce qui en fait des candidats prometteurs pour des centres colorés stables et à forte luminosité.

 

Soutien à la recherche

Une partie de ces travaux bénéficie du soutien du programme « Advanced Research Infrastructure for Materials and Nanotechnology in Japan (ARIM) » du ministère japonais de l’Éducation, de la Culture, des Sports, des Sciences et de la Technologie (MEXT). Numéro de proposition : JPMXP1225NM0096. Ce projet de recherche est une collaboration entre QuTech et Fujitsu, cofinancée par Holland High Tech au moyen d’une allocation PPP pour la recherche et le développement dans le secteur de pointe HTSM, ainsi que d’une allocation PPP pour la recherche et l’innovation du ministère des Affaires économiques.

 

 

 Notes

1.      Selon une étude menée par Fujitsu en septembre 2026.

2.      Centre lacune-étain (SnV) : défaut du réseau cristallin du diamant constitué d’un atome d’étain (Sn) placé entre deux lacunes adjacentes. Il s’agit d’un type de structure appelé centre coloré.

3.      Circuit photonique intégré : circuit intégré qui traite l’information en générant, contrôlant et détectant la lumière (photons), par opposition aux processus électroniques qui transmettent l’information en exploitant les propriétés des électrons.

4.      Propriétés intrinsèques permettant aux états quantiques de rester stables : des groupes de recherche, dont ceux de l’Université de technologie de Delft et de Fujitsu, ont démontré le fonctionnement d’une porte à deux qubits avec une probabilité d’erreur inférieure à 0,1 % en utilisant les spins électroniques et les spins nucléaires de centres NV dans le diamant (Phys. Rev. Applied 23, 034052 (2025)).

5.      La lumière peut être utilisée pour relier de façon flexible plusieurs modules quantiques : une connexion optique peut relier des qubits de spin électronique, même entre des puces ou des cryostats distincts, en utilisant des photons pour générer un intrication entre des spins distants. Par exemple, une équipe de recherche conjointe de l’Université de technologie de Delft et de Fujitsu a démontré l’intrication et des opérations de portes quantiques entre des centres NV distants placés dans des cryostats séparés (Nat Commun 17, 4694 (2026)).

6.      Module quantique : unité constitutive de base d’un ordinateur quantique utilisant les propriétés magnétiques d’atomes intégrés au diamant (diamond-spin). Il comprend deux types de qubits fondés sur ces propriétés magnétiques : des qubits électroniques et des qubits nucléaires de l’isotope du carbone 13C. Le système peut être étendu en reliant optiquement plusieurs modules quantiques.

 Liens connexes

· Page consacrée à l’avenir de l’informatique quantique utilisant les propriétés magnétiques d’atomes intégrés au diamant (diamond-spin)
https://global.fujitsu/en-global/technology/research/quantum/diamond-spin

· Fujitsu and QuTech realize high-precision quantum gates (Fujitsu Press Release, March 24, 2025)
https://info.archives.global.fujitsu/global/about/resources/news/press-releases/2025/0324-02.html

· Fujitsu collaborates with QuTech in development of new technology for freezing electronics to control diamond spin qubits　(Fujitsu Press Release, February 20, 2024)
https://info.archives.global.fujitsu/global/about/resources/news/press-releases/2024/0220-01.html

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