Résumé exécutif
Le choix du matériau constitue la décision architecturale la plus structurante pour l'avenir de l'informatique quantique. Il détermine la cohérence des qubits, leur température de fonctionnement, leur capacité à monter en échelle et leur intégration dans les chaînes industrielles existantes. En 2025-2026, cinq plateformes principales se distinguent : les supraconducteurs (IBM, Google), le silicium (Intel, CEA-Leti), les centres NV du diamant (Quantum Brilliance), le carbure de silicium, et les topoconducteurs que Microsoft a matérialisés avec sa puce Majorana 1 en février 2025.
Cette diversité de plateformes masque une dépendance commune à une vingtaine d'éléments critiques, des terres rares comme l'ytterbium et l'europium aux métaux comme le niobium et le gallium. Or, le durcissement des contrôles chinois à l'exportation, entré en vigueur le 8 novembre 2025, couvre désormais l'ensemble de la chaîne de valeur des terres rares : extraction, séparation, fusion, fabrication d'aimants et recyclage. Pour la première fois, ces restrictions comportent une portée extraterritoriale. La guerre des substrats est indissociable de la guerre des chaînes d'approvisionnement.
Les faits
- Le marché mondial de l'informatique quantique était évalué à 1,53 milliard de dollars en 2025 et devrait atteindre 18,33 milliards de dollars d'ici 2034, avec un TCAC de 31,60 % (source : Fortune Business Insights, mai 2026).
- Le marché global des technologies quantiques pourrait atteindre 97 milliards de dollars d'ici 2035, dont 72 milliards pour la seule informatique quantique (source : IT Social, mars 2026).
- Microsoft a lancé en février 2025 la puce Majorana 1, premier processeur quantique à architecture topologique, utilisant un « topoconducteur » en arséniure d'indium et aluminium pour héberger des qubits basés sur les modes zéro de Majorana (source : TechPowerUp, février 2025).
- En juillet 2025, Microsoft a démontré des temps de commutation de parité distincts de 14,5 microsecondes (mesure X) et 12,4 millisecondes (mesure Z) sur un prototype de qubit tetron, une différence de trois ordres de grandeur (source : The Quantum Insider, juillet 2025).
- Des chercheurs de RIKEN au Japon ont mis au point en décembre 2025 un film mince supraconducteur en tellurure de fer sur substrat de tellurure de cadmium, atteignant la supraconductivité en dessous de 10 K grâce à un alignement épitaxial d'ordre supérieur (source : Nature Communications / RIKEN, décembre 2025).
- L'Université d'Oxford a validé en mai 2025 une technique de microscopie à effet tunnel Andreev (Andreev STM) permettant d'identifier les supraconducteurs topologiques intrinsèques. L'équipe a confirmé que le ditellurure d'uranium (UTe₂) est un supraconducteur topologique (source : Science / The Quantum Insider, mai 2025).
- Des chercheurs ont rapporté en 2025 des temps de cohérence optique supérieurs à 400 microsecondes et des durées de vie de spin dépassant 30 heures dans des céramiques dopées à l'europium, un record pour un système à l'état solide (source : Nature Communications, 2025).
- Quantum Brilliance et ses collaborateurs ont proposé en juillet 2025 une approche de fabrication bottom-up des centres NV du diamant par techniques adaptées de l'industrie des semi-conducteurs, visant des espacements de 5 à 10 nm entre qubits (source : Materials for Quantum Technology / The Quantum Insider, juillet 2025).
- Les qubits de spin dans le silicium combinent des temps de cohérence longs avec une compatibilité avec les procédés de fabrication industriels CMOS, mais souffrent encore d'un déficit de mécanismes de couplage et de lecture pour le passage à l'échelle (source : projet européen EQUSPACE, CORDIS, novembre 2025).
- La Chine contrôle environ 90 % de la capacité mondiale de raffinage des terres rares et la majorité de la production d'aimants en aval (source : The Quantum Insider, octobre 2025).
- Le 9 octobre 2025, la Chine a annoncé un durcissement majeur de ses contrôles à l'exportation sur les terres rares, incluant pour la première fois les technologies, services et expertises liés à l'extraction, au raffinage, à la fabrication d'aimants et au recyclage, avec effet au 8 novembre 2025 (source : King & Wood Mallesons, octobre 2025).
- La loi américaine interdisant les aimants aux terres rares d'origine chinoise dans les systèmes de défense entre en vigueur le 1er janvier 2027 (source : Pentagon, repris par The Quantum Insider, septembre 2025).
Analyse stratégique
1. Cinq plateformes de matériaux : un choix structurant sans vainqueur désigné
Le paysage des matériaux pour qubits se divise en cinq grandes plateformes. Les supraconducteurs (aluminium, niobium sur substrat silicium ou saphir), utilisés par IBM et Google, dominent le marché en nombre de systèmes déployés et bénéficient de deux décennies de R&D cumulative. Le silicium (qubits de spin dans des hétérostructures Si/SiGe), défendu par Intel et le CEA-Leti, promet une intégration directe dans les chaînes CMOS existantes, avec des temps de cohérence longs, mais bute sur l'absence de mécanismes de couplage et de lecture industrialisables pour le scale-up[reference:0]. Le diamant (centres NV) présente l'avantage unique de fonctionner à température ambiante, ce qui élimine l'infrastructure cryogénique, mais la fabrication de réseaux denses de centres NV avec un espacement de 5 à 10 nm reste un défi de nano-fabrication[reference:1]. Le carbure de silicium (SiC) émerge comme une plateforme polyvalente, compatible avec les réseaux photoniques aux longueurs d'onde télécom[reference:2]. Enfin, les topoconducteurs de Microsoft (hétérostructure InAs/Al) constituent une rupture théorique : les qubits topologiques encodent l'information de manière non locale, résistant intrinsèquement au bruit et à la décohérence[reference:3].
2. Le pari topologique de Microsoft : un matériau conçu pour l'immunité au bruit
La puce Majorana 1 de Microsoft, dévoilée en février 2025, repose sur une hétérostructure supraconducteur-semiconducteur combinant arséniure d'indium et aluminium, baptisée « topoconducteur »[reference:4]. Cette architecture exploite les modes zéro de Majorana (MZM), des particules quantiques exotiques dont l'existence théorique remonte aux années 1930. L'information y est encodée dans la topologie même du système, ce qui la rend structurellement résistante aux perturbations locales. La feuille de route de Microsoft vise un million de qubits sur une seule puce, un seuil critique pour les applications industrielles[reference:5]. En juillet 2025, l'équipe a démontré des mesures de parité distinctes en X et Z avec des durées de vie séparées de trois ordres de grandeur, une première pour un système basé sur Majorana[reference:6]. La voie topologique est à haut risque mais à très haut rendement : si elle tient ses promesses, elle pourrait court-circuiter les approches concurrentes en résolvant la correction d'erreur au niveau du matériau plutôt qu'au niveau logiciel.
3. Les terres rares : le socle invisible de toutes les architectures quantiques
Quelle que soit la plateforme de qubits retenue, les terres rares jouent un rôle critique et souvent méconnu. L'ytterbium (Yb⁺) constitue l'épine dorsale des ordinateurs quantiques à ions piégés d'IonQ et Quantinuum[reference:7]. L'erbium, émettant à 1 550 nm, est l'élément clé pour interfacer les processeurs quantiques avec les réseaux de fibre optique existants[reference:8]. L'europium, avec des durées de vie de spin record dépassant 30 heures, est le candidat privilégié pour les mémoires quantiques longue durée[reference:9]. Le néodyme offre des signaux optiques puissants pour les mémoires rapides[reference:10]. L'yttrium, sous forme de grenats comme le YIG (Yttrium Iron Garnet), sert de transducteur entre micro-ondes et signaux optiques. Tous ces éléments partagent une propriété physico-chimique qui les rend irremplaçables : leur couche électronique 4f, profondément enfouie dans l'atome et protégée des perturbations extérieures, leur confère des temps de cohérence quantique exceptionnels[reference:11]. Il n'existe pas de substitut connu pour cette propriété.
4. La chaîne d'approvisionnement : le risque géopolitique au cœur du matériau
La domination chinoise sur les terres rares est quasi totale : environ 90 % de la capacité mondiale de raffinage et la majorité de la production d'aimants en aval[reference:12]. Le 9 octobre 2025, la Chine a franchi un cap en instaurant, pour la première fois, un mécanisme de contrôle extraterritorial des exportations couvrant l'intégralité de la chaîne de valeur : extraction, séparation, fusion, fabrication d'aimants et recyclage[reference:13]. Ces mesures, entrées en vigueur le 8 novembre 2025, incluent également les technologies, services et expertises associés[reference:14]. La réponse américaine se structure autour de deux axes : l'interdiction des aimants chinois dans les systèmes de défense à compter du 1er janvier 2027, et le financement de projets nord-américains de raffinage, comme la collaboration entre Quantum Critical Metals et Nusano pour le traitement de l'antimoine, du gallium, du germanium et du gadolinium[reference:15]. Mais les experts soulignent que diversifier le raffinage, et pas seulement l'extraction minière, est l'étape critique pour réduire la dépendance[reference:16]. Or, construire une capacité de raffinage compétitive prend de cinq à dix ans.
5. Les matériaux émergents : films minces, diamant synthétique et carbure de silicium
La recherche en matériaux connaît une accélération significative. L'équipe de RIKEN au Japon a démontré en décembre 2025 qu'un film mince de tellurure de fer, cultivé sur un substrat de tellurure de cadmium avec un désalignement cristallin de 20 %, devient supraconducteur en dessous de 10 K, alors que le tellurure de fer massif ne l'est pas[reference:17]. Cette découverte renverse le paradigme classique de l'épitaxie, qui privilégie l'alignement parfait entre substrat et film mince. La technique Andreev STM de l'Université d'Oxford, publiée dans Science en mai 2025, a confirmé que le ditellurure d'uranium (UTe₂) est un supraconducteur topologique intrinsèque, ouvrant la voie au criblage systématique de nouveaux matériaux candidats[reference:18]. Du côté du diamant, l'approche bottom-up proposée par Quantum Brilliance en juillet 2025 vise à fabriquer des centres NV par des techniques de lithographie semi-conducteur plutôt que par implantation ionique aléatoire[reference:19]. Le carbure de silicium, enfin, bénéficie de sa maturité industrielle dans le secteur de l'électronique de puissance et de sa capacité à héberger des défauts quantiques aux propriétés optiques exploitables[reference:20].
Impact business et sectoriel
Industrie des semi-conducteurs. La convergence entre fabrication CMOS et qubits de spin dans le silicium ouvre la perspective d'une intégration quantique-classique sur une même puce. Intel et le CEA-Leti investissent massivement dans cette direction. Si elle aboutit, elle pourrait abaisser radicalement le coût de production des processeurs quantiques et accélérer leur adoption industrielle.
Chaîne d'approvisionnement des matériaux critiques. Les restrictions chinoises d'octobre 2025 créent un risque de pénurie et de hausse des prix pour l'ensemble des terres rares utilisées dans le quantique. Les acheteurs de matériaux pour la R&D et la production doivent intégrer ce risque dans leur planification stratégique et identifier des sources alternatives ou des programmes de recyclage. La loi américaine de janvier 2027 sur les aimants de défense va accélérer la relocalisation partielle de la chaîne.
Investisseurs capital-risque et corporate venture. La bataille des matériaux est un indicateur avancé de la bataille des architectures quantiques. Les start-ups qui maîtrisent une plateforme de matériaux différenciée (diamant, SiC, films minces propriétaires) représentent des cibles d'acquisition potentielles pour les grands intégrateurs cherchant à sécuriser leur chaîne technologique.
Acteurs de la défense et de la souveraineté. La dépendance aux terres rares chinoises pour les technologies quantiques est un risque de souveraineté documenté par le Pentagone et la Commission européenne. Les programmes de relocalisation du raffinage (Etats-Unis, Canada, France) vont mobiliser des capitaux publics et privés significatifs dans les cinq prochaines années.
Secteur des télécommunications. L'erbium, élément clé des amplificateurs optiques des réseaux télécoms depuis trente ans, est également critique pour le futur internet quantique. La convergence des besoins télécoms classiques et quantiques sur les mêmes éléments renforce la pression sur la chaîne d'approvisionnement.
Ce qu'il faut retenir
Il n'existe pas aujourd'hui de matériau unique pour l'informatique quantique. Cinq plateformes coexistent, chacune avec des forces et des faiblesses distinctes. Les supraconducteurs dominent par leur maturité, le silicium par sa compatibilité industrielle, le diamant par son fonctionnement à température ambiante, le carbure de silicium par sa polyvalence photonique, et les topoconducteurs par leur promesse théorique de résistance intrinsèque aux erreurs. Le marché, qui pèse 1,53 milliard de dollars en 2025, est encore trop jeune pour qu'un vainqueur se dégage ; il est probable que plusieurs plateformes coexistent à long terme pour des applications différentes.
La dépendance aux terres rares est le risque transversal qui affecte toutes les architectures. L'ytterbium, l'erbium, l'europium, le néodyme et l'yttrium sont irremplaçables en l'état des connaissances scientifiques, et la Chine contrôle environ 90 % du raffinage mondial. Les restrictions d'exportation d'octobre 2025, les premières à portée extraterritoriale, signalent que Pékin considère ces matériaux comme un levier géopolitique. La réponse occidentale, qui passe par la relocalisation du raffinage et le recyclage, prendra de cinq à dix ans pour produire des effets significatifs.
Pour les décideurs industriels et les investisseurs, le message est clair : la performance d'un ordinateur quantique dépend autant du matériau qui héberge les qubits que de l'algorithme qui les contrôle. La guerre des substrats ne fait que commencer, et elle se joue autant dans les laboratoires de science des matériaux que dans les négociations commerciales sur les terres rares. Les acteurs qui maîtrisent à la fois la couche matériau et la couche logique disposeront d'un avantage compétitif structurel dans la décennie à venir.
