La métrologie suisse entre dans l’ère quantique

À mesure que les technologies quantiques passent de la recherche en laboratoire à l’application industrielle, l’institut national de métrologie suisse construit l’infrastructure de mesure qui soutiendra la prochaine génération d’industries de précision, avec la Suisse occidentale parmi les premières bénéficiaires.

La métrologie, science de la mesure, constitue le socle souvent invisible des industries de précision. De la fabrication pharmaceutique à la production de semi-conducteurs en passant par l’ingénierie des dispositifs médicaux, chaque processus à haute exigence repose sur des étalons de mesure traçables, fiables et reconnus à l’échelle internationale. METAS, l’Institut fédéral de métrologie suisse, est l’institution qui garantit ces étalons. Établi à Berne-Wabern et placé sous l’autorité du Département fédéral de justice et police, METAS maintient les références nationales de mesure dans plus de vingt domaines techniques, du temps et des fréquences aux rayonnements ionisants, en passant par la nanotechnologie et l’analyse des gaz. En tant que partenaire de recherche officiel d’Innosuisse, il mène également des travaux de R&D appliquée en collaboration avec l’industrie et le monde académique suisses, faisant de lui à la fois un ancrage réglementaire et un acteur à part entière de l’écosystème d’innovation du pays.

La deuxième révolution quantique et ses exigences pour la métrologie

Les technologies quantiques entrent dans une nouvelle phase. La première révolution quantique a produit les semi-conducteurs, les lasers et l’IRM grâce à une meilleure compréhension des phénomènes quantiques, en grande partie sous forme d’applications indirectes de la théorie quantique. La seconde est d’une nature différente: elle implique l’ingénierie délibérée d’effets quantiques tels que la superposition, l’intrication et la détection quantique, pour concevoir des dispositifs aux capacités inaccessibles à la physique classique. Les systèmes de cryptographie quantique, les réseaux de communication quantique, les capteurs à amélioration quantique et les horloges atomiques optiques convergent tous vers un déploiement industriel et commercial. Chacune de ces technologies nécessite une nouvelle génération d’étalons de mesure pour fonctionner à grande échelle, des étalons que l’infrastructure métrologique existante n’a pas été conçue pour fournir. Sans métrologie adaptée au quantique, la deuxième révolution quantique ne pourra pas être pleinement industrialisée.

Un centre de compétences en quatre piliers pour la mesure quantique

En réponse, METAS a développé un centre de compétences en métrologie quantique structuré autour de quatre piliers interdépendants. Le premier couvre la caractérisation des composants quantiques, photons uniques, paires de particules intriquées et qubits, qui constituent les briques fondamentales des systèmes de communication et d’informatique quantiques. Le deuxième porte sur l’infrastructure de communication quantique, notamment les capacités d’étalonnage et de test des dispositifs de distribution quantique de clés et des générateurs de nombres aléatoires quantiques, tous deux essentiels à la transmission de données à sécurité quantique. Le troisième pilier est consacré aux capteurs quantiques: des instruments basés sur les atomes de Rydberg et les centres NV (azote-lacune) dans le diamant, capables de mesurer des champs électromagnétiques avec une précision, une rapidité et une largeur de bande supérieures à celles des capteurs conventionnels, des propriétés directement pertinentes pour la mesure industrielle aux hautes fréquences. Le quatrième pilier concerne les étalons de l’ère quantique eux-mêmes, fondés sur des horloges à réseau optique et des horloges atomiques à micro-ondes pour la dissémination des références de temps et de fréquences que les futurs réseaux quantiques nécessiteront.

Ce cadre a été développé en collaboration avec le Basel Quantum Center de l’Université de Bâle, et est mis en œuvre dans le cadre d’un partenariat européen de recherche en métrologie explorant les atomes de Rydberg comme capteurs de champ électrique de précision pour les environnements industriels. Le centre de compétences est conçu pour se développer progressivement, afin que METAS puisse accompagner chaque nouvelle technologie quantique dès qu’elle atteint le stade de l’application industrielle.

Des origines bernoises pour un impact sur l’écosystème suisse au sens large

La pertinence des travaux de METAS en métrologie quantique dépasse largement son campus de Berne-Wabern. La force industrielle de la Suisse dans la fabrication de précision, la medtech, l’horlogerie et l’instrumentation avancée repose sur une fiabilité des mesures que METAS maintient et fait continuellement progresser. À mesure que les technologies quantiques pénètrent des secteurs particulièrement actifs en Suisse occidentale, la disponibilité d’une infrastructure de métrologie quantique de premier plan devient un avantage concurrentiel structurel pour les entreprises implantées dans la région.

METAS joue également le rôle de pont entre l’industrie suisse et la communauté métrologique internationale, en contribuant aux organismes de normalisation européens et mondiaux qui définissent la reconnaissance transfrontalière des mesures, une dimension d’une importance particulière pour les fabricants suisses orientés vers l’exportation. Son organisme de certification, METAS-Cert, fournit des évaluations de conformité reconnues par l’UE pour les instruments de mesure, facilitant ainsi l’accès au marché européen pour les entreprises suisses.

Prises dans leur ensemble, ces missions font de METAS non pas simplement une institution réglementaire, mais un actif stratégique pour l’économie suisse de précision, pleinement engagé dans la préparation aux technologies qui définiront la prochaine décennie.