Les technologies hyperfréquences sont au cœur de certaines des approches les plus prometteuses en matière d’informatique quantique aujourd’hui. Cependant, ce domaine constitue également le principal frein à la généralisation de ces systèmes. En établissant une passerelle vers le domaine optique — lorsque cela est possible — il devient envisageable de contourner ces limitations en utilisant des interconnexions optiques, par exemple pour relier plusieurs ordinateurs quantiques au sein d’un cluster via des fibres optiques. Cette approche permettrait un saut significatif en matière de scalabilité. On peut y voir un parallèle avec la technologie MPI optique utilisée dans les clusters d’informatique classique.

La Plateforme Miraex

Miraex, une startup fondée en 2019 à Lausanne, en Suisse, développe des dispositifs RF-photoniques pour interconnecter les ordinateurs quantiques et relier les réseaux quantiques, leur permettant ainsi d'atteindre leur potentiel maximal.

La plateforme de Miraex utilise des circuits RF et optiques nanofabriqués pour guider la lumière dans des structures où les photons de différentes fréquences interagissent. Ces dispositifs peuvent convertir des signaux de photons uniques entre les micro-ondes et les fréquences optiques. Cependant, leur fonctionnement nécessite une conception minutieuse qui équilibre les pertes de circuits et de matériaux avec la force de couplage.

Amélioration de la conception à l'aide de simulations Ansys

Pour affiner la conception des premiers prototypes destinés à la fabrication, l'équipe de Miraex a décidé de s'appuyer sur les outils Ansys et le savoir-faire de CADFEM : Ansys HFSS a été choisi pour concevoir et caractériser les éléments de circuits micro-ondes, tandis qu'Ansys Lumerical a été utilisé pour caractériser les guides d'ondes optiques correspondants. Les données ont été mises en correspondance afin de trouver une conception optimale.

Trouver le bon équilibre

Pour une performance optimale des interconnexions quantiques, la perte du circuit doit être équilibrée avec la force d'interaction sur la longueur du dispositif. Ansys Lumerical a été utilisé pour modéliser les modes des guides d'ondes optiques et extraire leur vitesse de propagation, qui doit correspondre à la vitesse de propagation dans les circuits électriques déterminée par Ansys HFSS. Lumerical a également fourni des informations sur la perte plasmonique optique.

Les simulations électrostatiques dans Ansys Maxwell ont produit le chevauchement du champ électrique avec le mode optique, donnant une force d'interaction. En effectuant un balayage paramétrique sur la géométrie, un équilibre adéquat entre la perte optique et la force d'interaction a été identifié.

Une réduction drastique de la complexité et du temps

Les performances de conception inter-domaines, obtenues en se concentrant sur des solveurs individuels dans des flux parallèles, conduisent à une réduction drastique de la complexité et du temps de préparation.

En outre, les capacités étendues du script Pythonic des différents produits Ansys ont facilité le post-traitement efficace des données et l'échange des résultats. 

Ces améliorations contribuent à une conception correcte dès le départ, à une mise sur le marché plus rapide et à la capacité de stimuler l'innovation au sein de l'entreprise.