Les scientifiques d’IBM ont créé deux nouveaux unités de traitement quantique (QPU) qui, selon eux, les rapprocheront de l’obtention d’un avantage quantique d’ici l’année prochaine – et d’un système entièrement tolérant aux pannes. ordinateur quantique d’ici 2029.
Le premier processeur, appelé IBM Quantum Nighthawk, est une puce de 120 qubits capable de traiter des calculs quantiques 30 % plus complexes que tout ce que le précédent QPU de l’entreprise (Héron R2) pourrait gérer.
La société a également lancé un autre processeur, IBM Loon, doté de 112 qubits, qui, selon les scientifiques, comprend tous les éléments requis pour une tolérance totale aux pannes : des ordinateurs quantiques qui détectent et corrigent automatiquement toutes les erreurs en temps réel.
Nouveaux processeurs quantiques
Nighthawk permet à chacun des 120 qubits du processeur de se connecter à ses quatre voisins les plus proches dans une structure en treillis carré, grâce à 218 coupleurs accordables améliorés, des composants qui régissent les connexions entre les qubits individuels de la puce. Cela représente une amélioration de 20 % par rapport au nombre de coupleurs du précédent processeur Heron.
Cette architecture permettra aux scientifiques d’explorer des problèmes nécessitant 5 000 portes à deux qubits – des opérations d’intrication fondamentales nécessaires aux calculs quantiques.
Selon les représentants d’IBM, la société espère que les futures versions de Nighthawk pourront livrer jusqu’à 7 500 et 10 000 portes d’ici fin 2026 et en 2027 respectivement. Puis, en 2028, les scientifiques d’IBM prévoient de créer des systèmes basés sur Nighthawk avec jusqu’à 1 000 qubits connectés à l’aide de coupleurs longue portée pour atteindre 15 000 portes à deux qubits.
Loon, quant à lui, est une puce plus petite avec seulement 112 qubits qui, selon les scientifiques d’IBM, démontre tous les éléments matériels de l’informatique quantique tolérante aux pannes. Ces technologies sont conçues pour répondre au taux de défaillance extrêmement élevé des qubits, un domaine connu sous le nom de correction d’erreur quantique (QEC). La QEC est la principale raison pour laquelle les processeurs quantiques deviennent plus sophistiqués et pas simplement plus grands en termes de nombre de qubits.
En décembre 2023, par exemple, les scientifiques d’IBM ont construit une énorme puce de 1 000 qubits, nommée Condor, mais son cousin beaucoup plus petit de 127 qubits, Eagle, a été considéré comme la perspective la plus intéressante du point de vue de la recherche, étant donné que son taux d’erreur était cinq fois inférieur. La même chose peut être dite pour Nighthawk par rapport à Loon.
Oliver Dial, directeur technique d’IBM Quantum, a déclaré à Live Science que les scientifiques avaient besoin de nouvelles fonctionnalités dans les processeurs pour implémenter les codes de correction d’erreurs et les coupleurs qu’ils ont l’intention d’utiliser à long terme. Cela inclut des connexions à six voies, qui permettent à un qubit d’être connecté à jusqu’à six de ses voisins, plutôt qu’aux quatre du dernier QPU. Ils avaient également besoin de plus de couches de routage sur la surface de la puce, ainsi que de coupleurs plus longs, ainsi que de « gadgets de réinitialisation » qui réinitialisaient le qubit à l’état fondamental à partir de l’état excité.
« Avec Loon, pour la première fois, nous testons toutes ces fonctionnalités ensemble sur un appareil de 112 qubits », a déclaré Dial. « Cependant, pour qu’elle fonctionne comme une mémoire tolérante aux pannes, chacune des plus de 112 copies de ces fonctionnalités sur la puce doit fonctionner extrêmement bien. Bien que ce soit le résultat que nous espérons, en réalité, le rendement peut être faible au début sur ce dispositif complexe. Il est destiné à nous permettre de résoudre les problèmes et d’apprendre avant Kookaburra l’année prochaine. «
Kookaburra sera un autre processeur de validation de principe, attendu en 2026, qui, selon les représentants d’IBM, sera le premier QPU de conception modulaire conçu pour stocker et traiter des informations codées, combinant des opérations logiques avec de la mémoire.
Atteindre l’avantage quantique et au-delà
En plus de lancer deux nouveaux QPU, IBM a établi un tracker d’avantage quantique. L’avantage quantique réside dans le fait qu’un ordinateur quantique peut démontrer une résolution de problèmes dépassant les moyens d’un superordinateur classique.
Démontrer l’avantage quantique est difficile car les ordinateurs classiques ne peuvent pas facilement vérifier ou reproduire les problèmes résolus par les systèmes quantiques. Les trois premiers défis lancés dans le cadre du tracker sont les « estimations observables », les « problèmes variationnels » et les « problèmes classiquement vérifiables ».
La société a également fourni une mise à jour sur la fabrication de processeurs quantiques sur une plaquette de 300 mm (12 pouces). Ce nouveau format, un grand semi-conducteur en forme de disque qui reflète la lumière dans les couleurs de l’arc-en-ciel, réduit de moitié le temps nécessaire à la construction de chaque processeur, tout en multipliant par 10 la complexité physique des puces quantiques.
Pour fabriquer ces plaquettes, de longs cylindres de silicium sont découpés en disques minces, les ingénieurs utilisant un logiciel pour concevoir des circuits électriques. Des machines automatisées gravent ensuite ces circuits sur la surface du silicium, déposent de nouveaux métaux et traitent les tranches, ce qui donne lieu à une grille rectangulaire de puces informatiques sur le disque. Les ingénieurs fabriquent plusieurs types de plaquettes, puis effectuent des étapes de traitement supplémentaires, avant que celles-ci ne soient superposées et connectées dans une pile 3D, puis connectées à l’électronique de contrôle.
Les scientifiques d’IBM espèrent livrer leur première puce informatique quantique tolérante aux pannes, appelée Starling, d’ici 2029, avec une monstrueuse puce Blue Jay de 2 000 qubits qui devrait être lancée d’ici 2033, selon les informations de l’entreprise. feuille de route quantique.
