Technologies quantiques pour des applications concrètes
Développement de systèmes quantiques pour des applications concrètes et réalisation de modules technologiques nécessaires à leur déploiement, en combinant fabrication de composants, miniaturisation et ingénierie système.
Les technologies quantiques exploitent les phénomènes fondamentaux de la mécanique quantique pour fournir des références temporelles (quantum timing), mesurer (quantum sensing), transmettre (quantum communication) ou traiter l’information (quantum computing) avec une sensibilité, une rapidité et/ou une robustesse accrue. Leur potentiel est considérable, mais leur transformation en systèmes fiables, compacts et industrialisables reste un défi. Au CSEM, nous combinons fabrication en interne de composants quantiques, techniques avancées de miniaturisation et ingénierie système pour faire passer les concepts issus du laboratoire à des technologies quantiques réellement déployables.
Pour l’industrie, l’enjeu est rarement la seule preuve de principe. Il s’agit plutôt de transformer des démonstrateurs de laboratoire en systèmes fiables, compacts, reproductibles et compatibles avec des contraintes de coût, d’environnement et d’intégration. Au CSEM, nous abordons ce passage à l’échelle avec une approche intégrée : fabrication en interne de composants et de briques quantiques clés, miniaturisation avancée (capteurs, cellules, modules photoniques), ingénierie système et qualification pour des usages concrets.
Nous proposons des plateformes éprouvées et une expertise reconnue pour le développement et l’intégration de systèmes quantiques complets (horloges atomiques, capteurs quantiques) et de briques technologiques telles que des cellules à vapeur MEMS, des circuits photoniques intégrés et des sources de lumière quantique ; le tout associé à des solutions électroniques, photoniques et de packaging miniaturisé indispensables à l’intégration industrielle.
Recherche et développement en technologies quantiques
Nos activités de R&D couvrent le développement de systèmes quantiques pour la mesure du temps et pour la détection, de composants et plateformes quantiques, ainsi que de technologies habilitantes (électronique, photonique, packaging) destinés à des applications concrètes et à des déploiements industriels.
Temps et fréquence : horloges atomiques
Nous développons des horloges atomiques basées sur des cellules à vapeur chaude de rubidium. Leur principe consiste à transposer la stabilité des transitions atomiques vers un signal d’horloge utilisé comme référence de fréquence stable. Notre portefeuille comprend :
- Des horloges atomiques micro-ondes miniatures conçues pour un encombrement, un poids et une consommation réduits. Leur mise en œuvre repose sur des cellules MEMS à vapeur de rubidium (brevetées), ainsi que sur des composants physiques miniaturisés et des circuits intégrés spécifiques à cette application (ASICs) pour l’intégration et la performance système.
- Des horloges atomiques optiques compactes développées pour offrir une haute stabilité de fréquence et un fonctionnement continu, dans des formats compatibles avec une intégration en rack. Leur fonctionnement entièrement optique ouvre la voie à des applications exigeant robustesse et résilience.
Notre feuille de route vise à améliorer les performances tout en préservant la compacité et la fabricabilité, afin de permettre un déploiement dans les systèmes spatiaux, les infrastructures terrestres et l’instrumentation scientifique.
Capteurs quantiques
Nous développons des capteurs quantiques fondés sur des cellules à vapeur atomique MEMS et sur des centres azote-lacune (NV) du diamant, pour la réalisation de magnétomètres, gyroscopes et capteurs électromagnétiques pour des applications spatiales, médicales, automobiles et énergétiques.
- Nos travaux s’appuient sur une plateforme mature de modules physiques compatible avec ces deux approches. Elle a permis de valider des prototypes de magnétomètres, capteurs RF et gyroscopes.
- En parallèle, nous évaluons des approches émergentes, notamment l’électrométrie de Rydberg et les capteurs fondés sur les centres NV du diamant, en vue d’applications futures.
Notre priorité est de développer des technologies de détection associant performance quantique, robustesse, compacité et potentiel de déploiement industriel.
Composants et plateformes quantiques
Nous concevons et fabriquons des composants destinés à des systèmes quantiques haute performance. Nos compétences couvrent la microfabrication, les matériaux avancés, la photonique et l’ingénierie de précision. Ces activités sont menées en interne afin de garantir une maîtrise complète de la qualité, de la compacité et de la fabricabilité.
Nos plateformes incluent :
- La production de cellules à vapeur MEMS à l’aide de techniques avancées, dont le remplissage breveté du rubidium à base de RbN3 au niveau du wafer ; l’emploi de matériaux et procédés compatibles avec l’ultravide, de revêtements protecteurs en Al2O3, tout comme la fonctionnalisation de fenêtres en verre (par exemple intégration d’éléments chauffants résistifs).
- La fabrication de composants pour circuits photoniques quantiques intégrés (Q-PICs) sur supports à couche mince, notamment de niobate de lithium (TFLN), tantalate de lithium (TFLT) et carbure de silicium sur isolant (SiCOI). Nous proposons un service ouvert de type Multi-Project Wafer (MPW) pour le prototypage.
- Le développement de sources de lumière quantique sur mesure, incluant des sources de photons uniques et de photons intriqués.
Ces plateformes constituent une base technologique modulaire, prête à être intégrées dans des systèmes quantiques avancés de mesure du temps et fréquence, de détection, de communication et de calcul.
Technologies habilitantes pour le quantique
Ces technologies permettent la réalisation de systèmes pleinement opérationnels en combinant des composants quantiques de base. Nous développons des solutions sur-mesure en électronique, photonique et packaging de précision pour piloter, contrôler, lire et intégrer le hardware quantique avec de faibles niveaux de bruit, une grande stabilité et les performances système indispensables à une utilisation en conditions réelles.
Nos activités sont les suivantes :
- Le développement d’électroniques à bas bruit de phase pour systèmes quantiques haute performance et de circuits intégrés spécifiques à l’application (ASICs) optimisés pour un fonctionnement à très basse consommation.
La conception de composants photoniques et micro-optique, notamment de composants micro-optiques de redistribution lumineuse et de réseaux de microlentilles compatibles avec la cryogénie pour assurer une interconnexion efficace des détecteurs de photons uniques.
- La réalisation de modules physiques compacts et de solutions de packaging avancées pour les technologies et dispositifs quantiques.
- L’intégration de systèmes quantiques complets, depuis l’échelle de la puce jusqu’aux instruments montés en rack.
Ces briques technologiques accompagnent la transition des prototypes de laboratoire vers des systèmes quantiques industrialisables.
Développement de technologies quantiques : services et ressources
Des concepts initiaux aux produits préindustriels, nous accompagnons votre démarche d’innovation quantique avec des services adaptés :
- Développement de systèmes quantiques complets, personnalisés selon vos exigences de performance, de format et d’intégration.
- Fabrication de composants quantiques sur-mesure ou fourniture de briques technologiques éprouvées issues de nos plateformes existantes.
- Conception, simulation et test à toutes les étapes du développement, de la validation de sous-ensembles à la qualification système.