Les scientifiques de l’IBM disent qu’ils ont résolu le plus grand goulot d’étranglement de l’informatique quantique et prévoient de lancer la première machine à grande échelle au monde d’ici 2029.
La nouvelle recherche démontre de nouvelles techniques de correction des erreurs qui, selon les scientifiques, conduiront à un système 20 000 fois plus puissant que n’importe quel ordinateur quantique existant aujourd’hui.
Dans deux nouvelles études téléchargées 2 juin et 3 juin Pour le serveur ARXIV Preprint, les chercheurs ont révélé de nouvelles techniques d’atténuation des erreurs et de correction qui gèrent suffisamment ces erreurs et permettent la mise à l’échelle du matériel neuf fois plus efficacement que possible.
Le nouveau système, appelé « Starling », utilisera 200 qubits logiques – composé d’environ 10 000 qubits physiques. Ceci sera suivi d’une machine appelée « Blue Jay », qui utilisera 2 000 Qubits logiques, en 2033.
La nouvelle recherche, qui n’a pas encore été évaluée par les pairs, décrit les codes de vérification quantique de parité à basse densité (LDPC) – un Nouveau paradigme de tolérance aux failles Selon les chercheurs, permettra au matériel informatique quantique de s’étendre au-delà des limites précédentes.
« La science a été résolue » pour l’élargissement de l’informatique quantique tolérante aux pannes, Jay GambettaIBM Vice-président des opérations quantiques, a déclaré à Live Science. Cela signifie que la mise à l’échelle des ordinateurs quantiques n’est plus qu’un défi d’ingénierie, plutôt qu’un obstacle scientifique, a ajouté Gambetta.
Bien que les ordinateurs quantiques existent aujourd’hui, ils sont seulement capables de dépasser les systèmes informatiques classiques (ceux qui utilisent des calculs binaires) sur des problèmes sur mesure qui sont conçus uniquement pour tester leur potentiel.
L’un des plus grands obstacles à suprématie quantiqueou avantage quantique, a été mis à l’échelle unités de traitement quantique (Qpus).
Comme les scientifiques ajoutent plus de qubits aux processeurs, les erreurs de calculs effectuées par QPU s’additionnent. En effet, les qubits sont intrinsèquement « bruyants » et les erreurs se produisent plus fréquemment que dans les bits classiques. Pour cette raison, la recherche sur le terrain s’est largement centrée sur Correction d’erreur quantique (Qec).
La route de la tolérance aux défauts
La correction d’erreur est Un défi fondamental pour tous les systèmes informatiques. Dans les ordinateurs classiques, les bits binaires peuvent se retourner accidentellement d’un seul à un zéro et vice versa. Ces erreurs peuvent aggraver et rendre les calculs incomplets ou les faire échouer entièrement.
Les qubits utilisés pour effectuer des calculs quantiques sont beaucoup plus sensibles aux erreurs que leurs homologues classiques en raison de la complexité supplémentaire de mécanique quantique. Contrairement aux bits binaires, les qubits transportent des «informations de phase» supplémentaires.
Bien que cela leur permette d’effectuer des calculs à l’aide d’informations quantiques, cela rend également la tâche de correction d’erreur beaucoup plus difficile.
Jusqu’à présent, les scientifiques ne savaient pas exactement comment évoluer les ordinateurs quantiques des quelques centaines de qubits utilisés par les modèles d’aujourd’hui aux centaines de millions dont ils ont théoriquement besoin pour les rendre généralement utiles.
Mais le développement de LDPC et son application réussie dans les systèmes existants est le catalyseur du changement, a déclaré Gambetta.
Les codes LDPC utilisent un ensemble de contrôles pour détecter et corriger les erreurs. Il en résulte que les qubits individuels sont impliqués dans moins de chèques et chaque vérification impliquant moins de qubits que les paradigmes précédents.
L’avantage clé de cette approche est un «taux d’encodage» significativement amélioré, qui est le rapport des qubits logiques aux qubits physiques nécessaires pour les protéger. En utilisant les codes LDPC, IBM vise à réduire considérablement le nombre de qubits physiques nécessaires pour augmenter les systèmes.
La nouvelle méthode est environ 90% plus rapidement pour effectuer des erreurs d’erreur que toutes les techniques précédentes, basées sur IBM recherche. IBM incorporera cette technologie dans son architecture Loon QPU, qui est le successeur de l’architecture Heron utilisée par ses ordinateurs quantiques actuels.
Passer de l’atténuation des erreurs à la correction des erreurs
Le standard devrait être capable de 100 millions d’opérations quantiques en utilisant 200 qubits logiques. Les représentants de l’IBM ont déclaré que cela équivalait à environ 10 000 qubits physiques. Blue Jay sera théoriquement capable de 1 milliard d’opérations quantiques en utilisant ses 2 000 Qubits logiques.
Les modèles actuels ont environ 5 000 portes (analogues à 5 000 opérations quantiques) en utilisant 156 qubits logiques. Le saut de 5 000 opérations à 100 millions ne sera possible que par le biais de technologies comme LDPC, ont déclaré des représentants d’IBM dans un communiqué. D’autres technologies, y compris celles Utilisé par des entreprises comme Googlene s’adaptera pas aux plus grandes tailles nécessaires pour atteindre la tolérance aux défauts, ont-ils ajouté.
Pour profiter pleinement de Starling en 2029 et Blue Jay en 2033, IBM a besoin d’algorithmes et de programmes conçus pour les ordinateurs quantiques, a déclaré Gambetta. Pour aider les chercheurs à se préparer à de futurs systèmes, IBM a récemment lancé Qiskit 2.0un kit de développement open source pour exécuter des circuits quantiques à l’aide du matériel d’IBM.
« L’objectif est de passer de l’atténuation des erreurs à la correction des erreurs, » Blake Johnson, Le plomb quantique d’IBM, a déclaré à Live Science, ajoutant que « l’informatique quantique est passée d’un domaine où les chercheurs explorent un terrain de jeu de matériel quantique à un endroit où nous avons ces outils informatiques quantiques à l’échelle des services publics disponibles. »
