La société a dévoilé de nouvelles innovations dans le matériel et les logiciels quantiques qui, selon les chercheurs
Un rendu du supercalculateur quantique proposé d'IBM
En moins de cinq ans, nous aurons accès à un supercalculateur quantique sans erreur – Dit IBM. L'entreprise a présenté une feuille de route pour construire cette machine, appelée Starling, qui devrait être disponible pour les chercheurs à travers le monde universitaire et l'industrie en 2029.
«Ce sont des rêves scientifiques qui sont devenus l'ingénierie», explique Jay Gambetta chez IBM. Il dit que lui et ses collègues ont maintenant développé toutes les pièces nécessaires pour faire fonctionner Starling, ce qui les rend confiantes quant à leur chronologie ambitieuse. Le nouvel appareil sera logé dans un centre de données à New York et Gambetta dit qu'il pourrait être utile aux fabricants de nouveaux produits chimiques et de nouveaux matériaux. Ces ordinateurs sont considérés comme particulièrement adaptés à la simulation des matériaux au niveau quantique.
IBM a déjà fait toute une flotte d'ordinateurs quantiques, mais le chemin vers un appareil vraiment utile n'est pas simple – il n'est pas non plus dépourvu de concurrence. Les erreurs continuent de gâcher de nombreuses tentatives d'utilisation des effets quantiques pour résoudre les problèmes que les meilleurs superordinateurs conventionnels ne peuvent pas.
Pour cette raison, la construction d'ordinateurs quantiques qui corrigent leurs propres erreurs – qui sont «tolérants aux pannes» – est la clé. Il en va de même pour que ces appareils soient plus grands, et donc plus puissants. Il n'y a pas de consensus sur la meilleure approche pour relever l'un ou l'autre défi, donc les équipes de recherche poursuivent une variété de stratégies.
Tous les ordinateurs quantiques s'appuient sur des bits quantiques ou des qubits, mais certaines équipes font ces éléments constitutifs de particules de lumière, d'autres d'atomes extrêmement froids, et dans le cas de Starling, IBM utilisera une autre variante – des qubits supraconducteurs. Pour le rendre sans précédent grand et tolérant aux défauts, IBM parie sur deux innovations.
Tout d'abord, Starling déploiera de nouvelles connexions entre ses qubits, y compris ceux éloignés les uns des autres. Chaque qubit sera intégré à une puce, et les chercheurs ont développé un nouveau matériel pour connecter ces composants dans une seule puce et pour connecter différentes puces ensemble. Cela leur permettra de rendre Starling plus grand et capable d'organiser des programmes plus complexes que ses prédécesseurs.
Gambetta dit que Starling sera capable de 100 millions d'opérations quantiques en utilisant des dizaines de milliers de qubits – les plus grands ordinateurs quantiques d'aujourd'hui ont environ 1000 qubits physiques. Dans ce cas, les qubits seront regroupés en environ 200 «qubits logiques». Au sein de chacun d'eux, plusieurs qubits fonctionnent ensemble comme une seule unité informatique qui réside aux erreurs. Le nombre d'enregistrements de qubits logiques est de 50 et appartient actuellement à la société Quantum Computing Quantinuum.
IBM utilisera également une nouvelle recette logicielle pour combiner des qubits physiques dans des qubits logiques appelés code LDPC, qui est un écart notable par rapport à la façon dont les qubits logiques ont déjà été créés dans d'autres ordinateurs quantiques supraconducteurs. Gambetta dit que l'utilisation de LDPC dans Quantum Systems était autrefois considérée comme un «rêve de pipe», mais que son équipe a maintenant développé des détails cruciaux pour sa mise en œuvre.
L'avantage de cette approche quelque peu non conventionnelle est que chaque qubit logique créé avec la recette LDPC nécessite moins de qubits physiques que les méthodes concurrentes. En conséquence, la correction d'erreurs peut être réalisée plus tôt, avec des dispositifs plus petits et plus faciles à construire.
«IBM est assez bon pour établir une feuille de route ambitieuse depuis de nombreuses années maintenant et réaliser de grandes choses», explique Stephen Bartlett à l'Université de Sydney en Australie. « Ils ont fait un tas d'innovations et d'améliorations au cours des cinq dernières années, mais c'est un véritable changement d'étape. » Il dit que le nouveau matériel qui connectera les qubits éloignés et les nouveaux codes de qubit logiques sont à l'écart des appareils performants qu'IBM a fait précédemment – et ils devront être testés de manière approfondie. «Cela semble prometteur, mais cela prend vraiment un peu de foi», explique Bartlett.
Matthew Otten à l'Université du Wisconsin-Madison dit que le code LDPC quantique n'a été développé que sérieusement au cours des dernières années, et que la feuille de route d'IBM remplit tous les blancs sur la façon dont cela pourrait fonctionner dans la pratique. Ceci est important car cela peut aider les chercheurs à identifier les goulots d'étranglement possibles et les compromis pratiques, dit-il. Par exemple, il dit que Starling peut fonctionner plus lentement que les ordinateurs quantiques supraconducteurs existants.
À sa taille planifiée, l'appareil pourrait résoudre des problèmes pertinents pour les secteurs tels que l'industrie pharmaceutique. Ici, une simulation d'une petite molécule ou d'une protéine sur un ordinateur quantique comme Starling pourrait remplacer une étape expérimentale coûteuse et taxante dans le processus de développement des médicaments, explique Otten.
IBM n'est pas le seul acteur de l'industrie de l'informatique quantique qui coule publiquement vers sa prochaine percée. Par exemple, Quannuum a également des plans pour une machine à l'échelle des services publics tolérants aux pannes en 2029, et Psiquantum prévoit de construire un supercalculateur quantique d'ici 2027. «Je suis un grand croyant en compétition», explique Gambetta.
