Le Condor d'IBM, le premier ordinateur quantique universel au monde avec plus de 1 000 qubits, devrait faire ses débuts en 2023. Cette année devrait également voir IBM lancer Heron, le premier d'un nouveau groupe de processeurs quantiques modulaires qui, selon la société, pourraient l'aider à produire des ordinateurs quantiques avec plus de 4 000 qubits d'ici 2025.L'informatique quantique, avec l'IA, est perçue comme l'une des prochaines plus grandes révolutions de la Tech. IBM et Google sont deux des principaux acteurs du domaine, proposant déjà des services d'informatique quantique basés dans le cloud pour permettre aux entreprises de toute taille d'accéder à une grande puissance de calcul. C'est une manière pour Google et IBM de rendre la technologie grand public. Désormais, Big Blue veut prendre de l'avance sur ses concurrents et prévoit, pour cela, de déployer d'ici 2023, une puissance de calcul sans précédent dans le domaine de l'informatique quantique.
Alors que les ordinateurs quantiques peuvent, en théorie, trouver rapidement des réponses à des problèmes que les ordinateurs classiques mettraient des éternités à résoudre, le matériel quantique actuel manque encore de qubits (l'état quantique qui représente la plus petite unité de stockage d'information quantique. C'est l'analogue quantique du bit), ce qui limite son utilité. L'intrication et les autres états quantiques nécessaires au calcul quantique sont notoirement fragiles, sensibles à la chaleur et à d'autres perturbations, ce qui fait de l'augmentation du nombre de qubits un énorme défi technique.
Néanmoins, IBM a régulièrement augmenté ses nombres de qubits. En 2016, il a placé le premier ordinateur quantique dans le cloud avec lequel quiconque pouvait expérimenter - un appareil avec 5 qubits, chacun étant un circuit supraconducteur refroidi à un zéro absolu proche. En 2019, la société a créé le Falcon 27 qubits ; en 2020, le Colibri de 65 qubits ; en 2021, l'Eagle à 127 qubits, le premier processeur quantique à plus de 100 qubits ; et en 2022, l'Osprey de 433 qubits.
Processeur Condor à 1000 qubits en 2023
Selon Jamie Thomas, directrice générale de la stratégie et du développement d'IBM Systems, l'année prochaine, l'entreprise devrait commercialiser un processeur quantique de 1 121 qubits d'ici 2023. « L'élément clé sur lequel nous nous sommes concentrés au cours des six derniers mois est vraiment une articulation de nos feuilles de route, donc la feuille de route autour du matériel, la feuille de route autour du logiciel, et nous avons également fait pas mal de développement d'écosystème », a déclaré Thomas l'année dernière lors d'une interview dans le cadre de l'événement annuel IBM Think de l'entreprise.
Il faut dire qu'en 2020, IBM a communiqué sa feuille de route pour ses prochains développements en informatique quantique
« 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 ».
À ce moment, les puces quantiques d’IBM atteignaient les 65 qubits. Big Blue prévoyait déjà de passer à 127 qubits l'année suivante et même 433 qubits en 2022. Pour aboutir à ce résultat, IBM a travaillé 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 venait 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 ».
D'autres ordinateurs quantiques avec plus de qubits existent, mais Condor sera le plus grand processeur quantique polyvalent au monde
D'autres ordinateurs quantiques ont plus de qubits que le processeur Condor de 1 121 qubits d'IBM : par exemple, D-Wave Systems a dévoilé un système de 5 000 qubits en 2020. Mais les ordinateurs de D-Wave sont des machines spécialisées pour résoudre les problèmes d'optimisation, alors que Condor vise un usage général.
« Un millier de qubits repousse vraiment les limites en termes de ce que nous pouvons vraiment intégrer », déclare Jerry Chow, directeur de l'infrastructure quantique d'IBM. En séparant les fils et autres composants nécessaires à la lecture et au contrôle sur leurs propres couches, une stratégie qui a commencé avec Eagle, les chercheurs affirment qu'ils peuvent mieux protéger les qubits contre les perturbations et en incorporer un plus grand nombre. « Au fur et à mesure que nous progressons, nous apprenons des règles de conception telles que "Cela peut dépasser cela ; cela ne peut pas dépasser cela ; cet espace peut être utilisé pour cette tâche" », explique Chow.
Avec seulement 133 qubits, Heron, l'autre processeur quantique qu'IBM prévoit pour 2023, peut sembler modeste par rapport à Condor. Mais IBM affirme que son architecture améliorée et sa conception modulaire annoncent une nouvelle stratégie pour développer de puissants ordinateurs quantiques. Alors que Condor utilise une architecture à couplage fixe pour connecter ses qubits, Heron utilisera une architecture à couplage accordable, qui ajoute des jonctions Josephson entre les boucles supraconductrices qui transportent les qubits. Cette stratégie réduit la diaphonie entre les qubits, augmente la vitesse de traitement et réduit les erreurs. (Google utilise déjà une telle architecture avec son processeur Sycamore 53 qubits.)
De plus, les processeurs Heron sont conçus pour une communication classique en temps réel entre eux. La nature classique de ces liens signifie que leurs qubits ne peuvent pas s'emmêler dans les puces Heron pour le type d'augmentation de la puissance de calcul pour laquelle les processeurs quantiques sont connus. Pourtant, ces liens classiques permettent des techniques de « tricotage de circuits » dans lesquelles les ordinateurs quantiques peuvent obtenir l'assistance d'ordinateurs classiques.
Par exemple, en utilisant une technique connue sous le nom de « forgeage par enchevêtrement », les chercheurs d'IBM ont découvert qu'ils pouvaient simuler des systèmes quantiques tels que des molécules en utilisant seulement la moitié du nombre de qubits généralement nécessaire. Cette approche divise un système quantique en deux moitiés, modélise chaque moitié séparément sur un ordinateur quantique, puis utilise l'informatique classique pour calculer l'intrication entre les deux moitiés et assembler les modèles.
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Si ces liaisons classiques entre processeurs sont utiles, IBM compte à terme les remplacer. En 2024, la société vise à lancer Crossbill, un processeur de 408 qubits composé de trois micropuces couplées entre elles par des liaisons de communication quantiques à courte portée, et Flamingo, un module de 462 qubits qu'elle prévoit d'unir par une communication quantique d'environ 1 mètre de long. se connecte à un système de 1 386 qubits. Si ces expériences de connectivité réussissent, IBM vise à dévoiler son module Kookaburra de 1 386 qubits en 2025, avec des liaisons de communication quantiques à courte et longue portée combinant trois de ces modules dans un système de 4 158 qubits.
La stratégie méthodique d'IBM consistant à "viser des améliorations étape par étape est très raisonnable et conduira probablement au succès à long terme", déclare Franco Nori, scientifique en chef au Laboratoire de physique quantique théorique de l'institut de recherche Riken au Japon.
Dans sa feuille de route réactualisée, les capacités d’évolutivité des processeurs quantiques seront élaborées de trois façons. La première consiste à pouvoir paralléliser des opérations entre plusieurs processeurs. L’étape suivante est la mise en place de coupleurs à courte portée au niveau du processeur. Ceux-ci connecteront étroitement plusieurs puces entre elles pour former un processeur plus important. Cela introduira une modularité fondamentale qui est la clé de l’évolutivité, explique IBM. Enfin, la troisième composante porte sur les liens de communication entre les processeurs quantiques. IBM propose des liens pour connecter des clusters de processeurs dans un système quantique plus grand. Ces trois techniques d'évolutivité seront utilisées pour atteindre à l'horizon 2025 l'objectif d'un processeur de plus de 4 000 qubits dont le nom de code est Kookaburra.
Les sauts quantiques d'IBM dans le logiciel
En 2023, IBM prévoit également d'améliorer son logiciel de base pour aider les développeurs à utiliser l'informatique quantique et classique à l'unisson sur le cloud. « Nous posons les bases de ce à quoi ressemble un superordinateur centré sur le quantique », a déclaré Chow. « Nous ne considérons pas les processeurs quantiques comme entièrement intégrés, mais comme vaguement agrégés. Ce type de cadre offrira la flexibilité nécessaire pour s'adapter aux mises à niveau constantes que le matériel et les logiciels quantiques subiront probablement », explique-t-il.
En 2023, IBM prévoit de commencer à prototyper des applications logicielles quantiques. D'ici 2025, l'entreprise prévoit d'introduire de telles applications dans l'apprentissage automatique, les problèmes d'optimisation, les sciences naturelles et au-delà.
Les chercheurs espèrent finalement utiliser la correction d'erreur quantique pour compenser les erreurs que les processeurs quantiques sont susceptibles de commettre. Ces schémas répartissent les données quantiques sur des qubits redondants, nécessitant plusieurs qubits physiques pour chaque qubit logique utile. Au lieu de cela, IBM prévoit d'intégrer des schémas d'atténuation des erreurs dans sa plate-forme à partir de 2024, pour éviter ces erreurs en premier lieu. Mais même si les erreurs de dispute finissent par exiger beaucoup plus de qubits, IBM devrait être en bonne position avec son Condor à 1 121 qubits.
Source : IBM
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