Une équipe de l’Université de Hong Kong a conçu une puce programmable d’inspiration neurologique utilisant des transistors en carbure de silicium, opérationnelle à des températures proches du zéro absolu. Publiés dans Nature Communications, ces travaux proposent une méthode pour traiter les signaux directement dans l’enceinte cryogénique des ordinateurs quantiques, supprimant ainsi une partie du câblage massif qui bride aujourd’hui leur montée en puissance.
Refroidir un transistor de puissance à une température proche du zéro absolu n’a longtemps relevé que de la curiosité de laboratoire. Une équipe de l’Université de Hong Kong (HKU) vient pourtant de démontrer qu’un tel refroidissement déclenche, dans le carbure de silicium, un phénomène physique ouvrant la voie à des circuits neuromorphiques d’un genre nouveau.
Menée par le professeur Yuhao Zhang et le doctorant Xin Yang du département de génie électrique et informatique, l’expérience repose sur un constat contre-intuitif. Lorsqu’un transistor de puissance en carbure de silicium (SiC), composant industriel standard, est plongé dans un environnement à quelques millikelvin, une ionisation par impact des donneurs d’électrons se produit spontanément. En modulant la tension de grille, les chercheurs parviennent à piloter avec précision la dynamique des porteurs de charge au sein du réseau atomique du matériau, reproduisant ainsi le comportement de « décharge » économe en énergie des neurones biologiques.
Les résultats, publiés dans Nature Communications révèlent des dispositifs dont le rapport courant passant/bloquant dépasse dix millions, assorti d’une large fenêtre de modulation. Assemblé en cascade, l’élément neuronal démontre une capacité à former des réseaux élargis, aptes à traiter localement des données complexes à l’intérieur même des réfrigérateurs à dilution utilisés par les calculateurs quantiques.
Le casse-tête des câbles sous vide cryogénique
Les ordinateurs quantiques contemporains souffrent d’un paradoxe structurel. Chaque qubit doit être piloté par des fils de contrôle qui relient l’électronique fonctionnant à température ambiante aux chambres cryogéniques. Un système comptant des centaines ou des milliers de qubits exige donc un faisceau de câbles proportionnel, dont la simple conduction thermique menace la stabilité des états quantiques. L’approche développée à Hong Kong propose de déporter une partie du traitement directement au niveau du cryostat, à des températures de l’ordre de 10 millikelvin. Résultat : une réduction combinée de la dissipation calorifique et du nombre de connexions physiques requises.
L’université décrit la solution comme une méthode concrète pour éliminer le « goulot d’étranglement des interconnexions » qui limite la scalabilité des machines quantiques universelles. Un allègement qui, selon le communiqué de presse de l’HKU, devrait améliorer les performances de la correction d’erreurs quantiques et du contrôle en temps réel.
Du quantique aux confins du système solaire
Le choix du carbure de silicium ne doit rien au hasard. Déjà produit à l’échelle industrielle pour l’électronique de puissance, le matériau bénéficie de chaînes de fabrication éprouvées. Les circuits développés par l’équipe de Hong Kong sont intrinsèquement robustes aux températures cryogéniques, une caractéristique qui dépasse le seul cadre du calcul quantique. Les instruments destinés à l’exploration spatiale lointaine, amenés à opérer sur la surface lunaire ou dans l’espace interplanétaire, doivent supporter des froids extrêmes sans défaillir. La plateforme SiC offre ici une piste d’intégration naturelle.
« La facilité de fabrication établie de la technologie SiC met en lumière le potentiel de cette approche pour une intégration évolutive dans les systèmes cryogéniques dédiés à la détection, au calcul et à l’information quantique », écrivent les auteurs. Une polyvalence qui place le carbure de silicium au croisement de deux ambitions technologiques parallèles : domestiquer l’infiniment petit des qubits et conquérir l’infiniment grand de l’espace lointain.
Article : « Cryogenic neuromorphic circuits using gate-controlled negative differential resistance in silicon carbide » – DOI : s41467-026-70963-6
Source : HKU
