IBM annonce le début de « l’ère de l’utilité quantique » et prévoit un supercalculateur en 2033 | Technologie

L’informatique quantique n’est pas seulement une question de qubits, l’unité de base de l’information. La clé de cette technologie réside dans la combinaison de systèmes qui nous permettent de construire un ordinateur utile et tolérant aux pannes. La multinationale IBM a annoncé ce lundi une étape fondamentale à cet égard en présentant trois avancées : un processeur de 1 121 qubits appelé Cóndor (le plus grand connu) ; Héronune puce de 133 qubits développée pour l’interconnexion et basée sur une architecture dite «coupleur accordable» ; et un nouveau Système deux, un système modulaire et flexible permettant de multiples combinaisons de ces processeurs avec des liens de communication quantiques et classiques. Ces avancées, ainsi que les nouvelles formules d’atténuation et de correction des erreurs, anticipent ce que Darío Gil, vice-président d’IBM et directeur de la division de recherche (IBM Research), décrit comme « la nouvelle ère de l’utilité quantique », qui pourrait conduire, selon à ses prévisions, dans un supercalculateur essentiellement quantique, mais avec des systèmes classiques et avec correction d’erreurs modulaire en 2033.

Les derniers développements d’IBM ont fait exploser la feuille de route de la multinationale, qu’elle avait respectée jusqu’à présent avec une précision mathématique, pour aller plus loin et plus tôt que prévu pour “libérer toute la puissance de l’informatique quantique”, selon la nouvelle voie technologique présentée ce lundi.

Surmonter les erreurs, selon les mots de Jian-Wei Pan, physicien à l’Université des sciences et technologies de Chine, « est l’un des plus grands défis pour les êtres humains ». Les défaillances sont générées par toute interaction avec l’environnement (bruit, ondes ou température par exemple) et provoquent la dégradation de la superposition d’états (propriété physique qui permet à une particule d’être en position A et B en même temps) jusqu’à ce qu’elle devient inutile. C’est cette superposition qui permet une capacité exponentielle de l’informatique quantique par rapport au binaire classique, qui se limite au 0 ou au 1 du bit. Ainsi, si deux bits peuvent stocker un nombre, deux qubits en stockent quatre et dix qubits peuvent avoir 1 024 états simultanés.

Pour atteindre cet objectif de systèmes utiles et tolérants, IBM estime avoir trouvé les portes qui peuvent le permettre et qui s’appuient sur les avancées des processeurs, de leurs systèmes d’interconnexion pour permettre un calcul robuste, et de l’atténuation et de la correction des erreurs.

Cette augmentation de capacité unique a de nouveau été réalisée par IBM. “Le Condor vole”, plaisante Gil à l’occasion du nouveau processeur quantique qui succède à l’Osprey, présenté l’année dernière avec 433 qubits, capable de représenter un nombre d’états supérieur au nombre d’atomes de l’univers observable. Mais presque tripler la capacité du processeur n’est pas la seule chose obtenue. «Beaucoup de choses se sont produites simultanément cette année», explique Gil.

La principale réussite est qu’IBM estime qu’il n’est plus essentiel de continuer à augmenter la capacité d’un seul processeur, mais que l’informatique quantique pratique peut être réalisée avec une autre méthode. “Nous allons le faire grâce à la modularité, avec de nombreuses puces connectées les unes aux autres de manière à pouvoir créer le supercalculateur”, explique Gil.

Ces jetons, qui seraient comme les pièces d’un jeu de construction, sont désormais les IBM Quantum Heron de 133 coudéescréé à partir d’une nouvelle architecture appelée coupleur accordable. Cette ingénierie permet de créer des plates-formes d’informations quantiques de plus grande taille et de plus grandes fonctionnalités. « Heron peut être combiné de manière modulaire et intégrer une communication classique pour accélérer les flux de travail. Avec lui coupleur accordable Nous pouvons ajuster la fréquence des qubits et obtenir un processeur bien meilleur que le précédent », explique Gil. Cette architecture est complétée par des contrôleurs d’état de qubits 4K cryo-CMOS, semi-autonomes, basse consommation et « de la taille d’un ongle ».

« Heron est notre processeur quantique le plus performant à ce jour. Il représente une amélioration jusqu’à cinq fois supérieure à l’appareil phare : l’Eagle », ajoute Matthias Steffen, responsable de l’architecture quantique et des technologies de processeur de l’entreprise.

La base de l’interconnexion des puces Heron est la nouvelle génération de System Two, le système conçu pour combiner de manière modulaire et flexible plusieurs processeurs en un seul système avec des liaisons de communication. Ce réseau est le composant de base du calcul quantique, car il permet d’étendre le potentiel informatique sans avoir à progresser indéfiniment sur la capacité singulière d’un seul processeur.

“Le Système Deux permettra de nouvelles générations de processeurs axés sur la technologie quantique, avec une infrastructure de base entièrement évolutive et modulaire qui permettra aux circuits d’être exécutés comme jamais auparavant”, explique Steffen.

Le nouveau modèle a conduit à repenser les développements futurs. Gil affirme que « toutes les générations futures seront fondées sur lui ». « Nous sommes convaincus que nous n’avons pas besoin d’augmenter davantage le nombre de qubits par unité de processeur. L’avenir sera constitué de centaines et de milliers de processeurs, chacun d’une taille inférieure à 1 000 qubits, connectés les uns aux autres », dit-il.

L’élément clé qui a ouvert les portes de cette nouvelle voie a été recherche publiée dans Nature et qui a démontré qu’un processeur IBM de seulement 127 qubits est capable de mesurer les valeurs attendues dans les opérations physiques au-delà des capacités des meilleures méthodes de calcul classiques actuelles. “Cela nous permet d’entrer dans l’ère que nous avons appelée l’utilité quantique, dans laquelle les calculs peuvent désormais être effectués d’une manière beaucoup plus efficace et robuste qu’avec n’importe quel type de simulateur ou avec n’importe quel type d’informatique classique”, explique Gil.

Katie Pizzolato, responsable des algorithmes quantiques et partenaires scientifiques de l’entreprise, estime qu’il s’agit d’un moment disruptif : « C’était la première fois qu’un ordinateur quantique produisait des valeurs précises à une échelle qui était hors de portée du calcul classique par force brute et de la réponse. depuis lors, c’est exactement ce à quoi nous nous attendions ; Depuis cet article, nous avons vu de nombreuses personnes publier des recherches utilisant le quantique comme outil.

Il ne s’agit plus seulement Kiskit, un environnement de systèmes classiques et quantiques qui permet d’apporter des solutions au bruit à la programmation et permet aux utilisateurs d’intégrer plus facilement l’informatique la plus avancée. “Maintenant, nous avons franchi la barrière de plus de 100 qubits avec une qualité suffisante”, souligne le responsable espagnol en référence aux recherches de Nature. Et il annonce : « Combinés à la réduction des erreurs, ils permettront une explosion scientifique. »

Jay Gambetta, vice-président d’IBM Quantum, souligne que le développement de ce programme sera favorisé par l’intelligence artificielle : « Toute la puissance de l’informatique quantique sera pilotée par l’IA générative, ce qui simplifiera l’expérience du développeur. »

«Il y a de nombreux problèmes à résoudre et la nature sait comment, mais elle ne nous le dit pas», résume Stefan Woerner, directeur de Quantum Computational Science au siège d’IBM à Zurich (Suisse). Le scientifique affirme que l’objectif final est d’atteindre l’informatique quantique sur la base de trois critères : qu’elle soit plus efficace, moins chère et précise. Le modèle démontré dans Natureselon lui, a été « crucial » pour avancer sur cette voie.

“Il sera très étrange qu’une grande plate-forme cloud ne dispose pas de l’informatique quantique en 2030. Cela aura plus d’impact que l’intelligence artificielle et les supercalculateurs actuels”, estime Christian Weedbrook, directeur de Xanadu Quantum Technologies. “L’informatique quantique va changer les relations entre les personnes, la technologie et le travail”, ajoute Soney Trent, fondateur et président de la société technologique Bulls Run Group.

Les recherches quantiques se poursuivent et toutes contribuent au développement de cette technologie. Des chercheurs du Laboratoire national d’Argonne du Département de l’énergie des États-Unis (DOE), de l’Université de Chicago et de l’Université de Cambridge ont créé des qubits de diamant plus contrôlables, capables de fonctionner avec un équipement et des dépenses considérablement réduits, comme publié dans Examen physique X. “Notre technique nous permet d’augmenter considérablement la température de fonctionnement de ces systèmes et de réduire considérablement les ressources nécessaires à leur fonctionnement”, explique Alex High, professeur adjoint à la Pritzker School of Molecular Engineering de l’Université de Californie, dont le laboratoire a dirigé l’étude.

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