IBM Corp. a déclaré aujourd'hui avoir fait un grand pas en avant vers son objectif de fournir le premier ordinateur quantique tolérant aux pannes au monde d'ici 2029, après avoir réussi à relier et à refroidir la première paire de modules basés sur une nouvelle architecture cryogénique hautement évolutive.
Le nouveau système permet de relier des centaines de processeurs quantiques dans un cluster géant, ouvrant la voie à des ordinateurs quantiques à grande échelle qui peuvent réellement faire la différence.
IBM a déclaré que cette réalisation constitue une étape clé de sa feuille de route vers la livraison d'IBM Quantum Starling, un nouveau système informatique quantique actuellement en cours de développement et dont le lancement est prévu dans trois ans. On estime que Starling sera capable d'effectuer environ 20 000 fois plus de calculs que les ordinateurs quantiques existants, ce qui le rendra suffisamment puissant pour offrir le Saint Graal de « l'avantage quantique ». C’est le seuil à partir duquel ces machines seront capables de résoudre des problèmes complexes et réels que les supercalculateurs classiques existants ne peuvent pas résoudre.
Les ordinateurs quantiques tirent leur incroyable puissance de calcul de ce qu’on appelle les « qubits », qui sont la version quantique des bits traditionnels trouvés dans les ordinateurs classiques. Avec les ordinateurs classiques, les bits peuvent représenter soit un 1, soit un 0, alors que les qubits peuvent être un 1 ou un 0, ou les deux à la fois. Ils peuvent le faire parce qu’ils tirent parti d’un principe de la mécanique quantique appelé « superposition », qui leur permet de traiter de grandes quantités de données multidimensionnelles à des vitesses aussi impies.
Le problème est que personne n’a jusqu’à présent été capable de construire un ordinateur quantique fonctionnel, ou du moins, pas à une échelle suffisamment grande pour faire la différence. C’est parce que ces qubits sont incroyablement fragiles. Ils sont sensibles à pratiquement n'importe quelle quantité de « bruit », y compris des choses aussi subtiles qu'une légère baisse de température, des interférences électromagnétiques, des vibrations causées par quelqu'un qui traverse une pièce ou même les fluctuations du champ magnétique terrestre. Lorsqu'ils sont perturbés par ce bruit, les qubits perdent soudainement leur état quantique – un processus appelé décohérence – et une grande partie des données qu'ils stockent sont perdues, entraînant des erreurs dans les calculs quantiques.
IBM tente de résoudre ce problème avec des « qubits logiques ». Ainsi, plutôt que d'utiliser un seul qubit sujet aux erreurs, les ingénieurs regroupent plusieurs qubits physiques avec des codes de correction d'erreur avancés, ce qui leur permet d'agir comme un qubit unique et fiable. Il s'agit d'une forme de redondance qui garantit que les ordinateurs quantiques peuvent toujours traiter correctement les calculs, même si certains qubits individuels échouent.
Mais cette solution crée de nouveaux problèmes : pour construire un ordinateur quantique capable d’obtenir un avantage quantique, IBM doit disposer de milliers de qubits fonctionnant tous en tandem. Pour protéger ces qubits, ils doivent être hébergés dans des espaces partagés et refroidis à des températures extrêmes proches du zéro absolu.
C'est pourquoi les nouveaux modules cryogéniques d'IBM constituent un composant essentiel. Ils sont refroidis à moins de 15 millikelvins, ce qui est plus de 180 fois plus froid que l'espace lointain. Ils sont également massifs, avec la première paire de modules située dans les installations d'IBM à Poughkeepsie, New York, mesurant huit pieds de haut et huit pieds de large.
Contrairement aux réfrigérateurs cryogéniques cylindriques traditionnels, les nouveaux modules ont la forme de boîtes afin de pouvoir être emballés ensemble en rangées serrées. Dans chaque module se trouve un boîtier 12 fois plus grand que les systèmes existants, ce qui signifie qu'il y a suffisamment d'espace pour connecter des centaines de processeurs quantiques, où vivent les qubits individuels. Ils sont connectés ensemble à l'aide de la nouvelle technologie L-Coupler d'IBM, qui relie les puces individuelles en clusters afin qu'elles puissent partager des informations et fonctionner comme un processeur beaucoup plus grand, de la même manière que les clusters d'unités de traitement graphique actuels fonctionnent ensemble dans les centres de données d'intelligence artificielle.
Un autre avantage des nouveaux modules cryogéniques est qu'ils facilitent la maintenance et la mise à niveau des processeurs individuels, sans affecter les performances du cluster dont ils font partie.
Le directeur de la recherche d'IBM, Jay Gambetta, a déclaré que l'annonce d'aujourd'hui n'est que l'une des nombreuses avancées fondamentales que l'entreprise doit réaliser avant de pouvoir mettre en ligne son premier ordinateur quantique tolérant aux pannes. « La connexion et le fonctionnement réussis de ces modules cryogéniques marquent un pas en avant dans cette direction et accéléreront nos progrès parallèlement à l'innovation continue dans le matériel, les logiciels et les algorithmes quantiques », a-t-il déclaré.
L'étape franchie aujourd'hui suggère qu'IBM reste sur la bonne voie pour respecter son ambitieuse feuille de route et lancer le système Starling avant la fin de la décennie.
