Depuis plus d’une décennie, les scientifiques et les ingénieurs ont indiqué « qu’un jour » serait construit un ordinateur quantique à part entière capable d’effectuer des calculs utiles qui submergeraient n’importe quel supercalculateur conventionnel. Mais les machines actuelles ne contiennent que quelques dizaines de qubits (l'état quantique qui représente la plus petite unité de stockage d'information quantique. C'est l'analogue quantique du bit), pas assez pour faire quoi que ce soit de plus éblouissant donc. IBM semble faire un pas dans ces aspirations en annonçant publiquement, pour la première fois, une feuille de route pour ses prochains développements dans le domaine de l’informatique quantique.
Parmi les différents travaux prévus, l’entreprise indique vouloir développer un processeur baptisé Condor d'une puissance de 1000 qubits : « Aujourd'hui, nous publions la feuille de route qui, selon nous, nous mènera des appareils bruyants à petite échelle d'aujourd'hui aux appareils à plus d'un million de qubits du futur. Notre équipe développe une suite de processeurs évolutifs, de plus en plus grands et de meilleure qualité, avec un périphérique de plus de 1000 qubits, appelé IBM Quantum Condor, qui devra être disponible en fin de 2023 ».
Actuellement les puces quantiques d’IBM atteignent 65 qubits. L’année prochaine, elle prévoit de passer à 127 qubits et même 433 qubits en 2022. Pour aboutir à ce résultat, IBM travaille sur un système de réfrigération à dilution pour abriter les puces avec une densité plus élevée :
« Afin de loger des périphériques encore plus massifs au-delà de Condor, nous développons un réfrigérateur à dilution plus grand que n'importe quel réfrigérateur actuellement disponible dans le commerce. Cette feuille de route nous met sur la voie des processeurs du futur de plus d'un million de qubits grâce à des connaissances de pointe, des équipes multidisciplinaires et une méthodologie agile améliorant chaque élément de ces systèmes. Pendant tout ce temps, notre feuille de route matérielle est au cœur d'une mission plus vaste : concevoir un ordinateur quantique à pile complète déployé via le cloud que n'importe qui dans le monde peut programmer ».
Big Blue vient tout juste de finaliser un processeur avec 65 qubits. Baptisé « Hummingbird », il succède à « Falcon » qui n’en disposait que de 27 et qui a été créé en 2019 :
« Parallèlement à nos efforts pour améliorer nos appareils plus petits, nous intégrons également les nombreuses leçons apprises dans une feuille de route agressive pour passer à des systèmes plus grands. En fait, ce mois-ci, nous avons discrètement sorti notre processeur IBM Quantum Hummingbird de 65 qubits à nos membres IBM Q Network. Cet appareil dispose d'un multiplexage de lecture 8:1, ce qui signifie que nous combinons les signaux de lecture de huit qubits en un seul, réduisant la quantité totale de câblage et de composants nécessaires pour la lecture et améliorant notre capacité à évoluer, tout en préservant toutes les fonctionnalités haute performance de la génération Falcon des processeurs. Nous avons considérablement réduit le temps de latence du traitement du signal dans le système de contrôle associé en prévision des capacités du système de rétroaction et de rétroaction à venir, où nous pourrons contrôler les qubits en fonction des conditions classiques pendant que le circuit quantique fonctionne ».
Feuille de route IBM
Pour la suite, IBM prévoit de sortir chaque année un nouveau processeur quantique avec à la clé toujours plus de qubits : « Eagle » en 2021 (127 qubits), « Osprey » en 2022 (433 qubits) puis « Condor » en 2023 (1121 qubits) :
« L'année prochaine, nous lancerons notre processeur IBM Quantum Eagle de 127 qubits. Eagle dispose de plusieurs mises à niveau afin de dépasser le cap des 100 qubits: de manière cruciale, via traversant (ndlr dans le domaine de l'industrie des semi-conducteurs, un via traversant (en anglais through-silicon via) est un contact électrique réalisé dans la verticalité du substrat, permettant d'établir une connexion entre les deux faces) et le câblage à plusieurs niveaux offrent la possibilité de déployer efficacement une grande densité de signaux de contrôle classiques tout en protégeant les qubits dans une couche afin de maintenir des temps de cohérence élevés. Pendant ce temps, nous avons trouvé un équilibre délicat entre la connectivité et la réduction des erreurs de diaphonie avec notre approche à fréquence fixe des portes à deux qubits et de la disposition des qubits hexagonaux introduite par Falcon. Cette disposition de qubit nous permettra d'implémenter le code de correction d'erreur ‘hexagonal lourd’ que notre équipe a lancé l'année dernière, de sorte que, à mesure que nous augmentons le nombre de qubits physiques, nous pourrons également explorer comment ils travailleront ensemble en tant que qubits logiques avec correction d'erreur: chaque processeur que nous concevons prend en compte les considérations de tolérance aux pannes.
« Avec le processeur Eagle, nous introduirons également des capacités de calcul classique en temps réel simultanées qui permettront l'exécution d'une famille plus large de circuits et de codes quantiques.
« Les principes de conception établis pour nos petits processeurs nous mettront sur la bonne voie pour lancer un système IBM Quantum Osprey de 433 qubits en 2022. Des contrôles et une infrastructure cryogénique plus efficaces et plus denses garantiront que la mise à l'échelle de nos processeurs ne sacrifiera pas les performances de nos qubits individuels, introduisent d'autres sources de bruit ou occupent une trop grande empreinte.
« En 2023, nous lancerons le processeur IBM Quantum Condor de 1121 qubits, intégrant les leçons tirées des processeurs précédents tout en continuant à réduire les erreurs critiques avec un nombre de qubits à deux chiffres afin de pouvoir exécuter des circuits quantiques plus longs. Nous considérons Condor comme un point d'inflexion, un jalon qui marque notre capacité à implémenter la correction d'erreurs et à faire évoluer nos appareils, tout en étant suffisamment complexe pour explorer les avantages quantiques potentiels - des problèmes que nous pouvons résoudre plus efficacement sur un ordinateur quantique que sur les meilleurs supercalculateurs du monde ».
Directeur de la recherche IBM : « Une feuille de route est plus qu'un plan et une présentation PowerPoint »
« Nous sommes très enthousiastes », a déclaré Prineha Narang, cofondatrice et directrice de la technologie d’Aliro Quantum, une start-up spécialisée dans le code permettant aux logiciels de haut niveau de s’exécuter efficacement sur différents ordinateurs quantiques. « Nous ne connaissions pas les jalons et les chiffres spécifiques qu'ils ont annoncés », dit-elle.
Dario Gil, directeur de la recherche d’IBM, se dit convaincu que son équipe peut respecter le calendrier : « Une feuille de route est plus qu'un plan et une présentation PowerPoint », précise-t-il, « elle a tout à voir avec un plan d’exécution ».
IBM n'est pas la seule entreprise à disposer d'une feuille de route pour construire un ordinateur quantique à part entière. Au moins en termes de relations publiques, IBM a rattrapé Google, qui, il y a un an, a fait la une des journaux lorsque la société a annoncé que ses chercheurs avaient utilisé leur ordinateur quantique de 53 qubits pour résoudre un problème abstrait particulier problème qui, selon eux, submergerait tout ordinateur conventionnel – atteignant ainsi un jalon connu sous le nom de suprématie quantique. Google a sa propre feuille de route pour construire un ordinateur quantique d'un million de qubits d'ici 10 ans comme Hartmut Neven, qui est à la tête de la division d'informatique quantique de Google, l'a expliqué dans une interview en avril, bien qu'il ait refusé de révéler un calendrier précis pour les progrès.
La chronologie déclarée d’IBM comporte un risque évident que tout le monde sache s’il manque ses jalons. Mais l'entreprise a décidé de dévoiler ses plans pour que ses clients et collaborateurs sachent à quoi s'attendre. Des dizaines de start-ups d’informatique quantique utilisent les machines actuelles d’IBM pour développer leurs propres produits logiciels, et la connaissance des jalons d’IBM devrait aider les développeurs à mieux adapter leurs efforts au matériel, estime Gil.
Une machine de 1000 qubits est une étape particulièrement importante dans le développement d'un ordinateur quantique à part entière, selon les chercheurs. Une telle machine serait encore 1000 fois trop petite pour remplir le plein potentiel de l’informatique quantique (comme venir à bout des schémas de cryptage Internet actuels), mais elle serait assez puissante pour repérer et corriger les myriades d’erreurs quantiques.
Source : IBM