IBM a annoncé avoir franchi un obstacle majeur dans ses efforts pour rendre l’informatique quantique utile : il dispose désormais d’un processeur quantique, appelé Eagle, avec 127 qubits fonctionnels. Cela en fait la première entreprise à franchir la barre des 100 qubits, un jalon intéressant car les interactions de ce nombre de qubits ne peuvent pas être simulées à l’aide du matériel informatique et des algorithmes classiques d’aujourd’hui.

Mais ce qui est peut-être plus important, c’est qu’IBM a maintenant une feuille de route qui lui permettrait de produire le premier processeur de 1 000 qubits en deux ans. Et, selon le directeur de la recherche d’IBM, Darío Gil, c’est à ce moment-là que les calculs effectués avec du matériel quantique commenceront à être utiles.

Quoi de neuf

Gil a déclaré à Ars que le nouveau nombre de qubits était le produit de plusieurs développements qui ont été mis en place pour la première fois. L’une est qu’IBM est passé à ce qu’il appelle une disposition de qubits « hex lourd », qu’il a annoncée plus tôt cette année. Cette disposition relie les qubits dans un ensemble d’hexagones avec des côtés partagés. Dans cette disposition, les qubits sont connectés à deux, trois ou un maximum de quatre voisins, ce qui représente en moyenne un niveau de connectivité inférieur à celui de certaines conceptions concurrentes. Mais Gil a fait valoir que le compromis en valait la peine, affirmant que « cela réduit le niveau de connectivité, mais améliore considérablement la diaphonie ».

Cette amélioration signifie que les qubits sont moins susceptibles d’influencer leurs voisins de manière à introduire des erreurs. Et cela a permis à IBM d’augmenter la densité de qubits sur la puce.

Alors que les qubits restent sur une seule couche au sein du processeur, le processeur dans son ensemble utilise des couches supplémentaires pour héberger des fils porteurs de signaux qui permettent le contrôle et la lecture des qubits. C’est courant dans les puces traditionnelles mais nouveau dans le monde de l’informatique quantique. Ces fils peuvent également transporter des signaux multiplexés. Ceci est essentiel, car les fils qui transportent ces signaux sont suffisamment volumineux pour menacer de limiter le nombre de qubits par puce – il n’y aurait tout simplement pas assez d’espace physique sur l’emballage de la puce pour tous les fils nécessaires -disposition à un qubit une fois que le nombre de qubits a augmenté.

D’autres avancées clés que Gil a soulignées incluent la possibilité de régler les fréquences des micro-ondes auxquelles chaque qubit individuel répond, empêchant ce qu’on appelle les « collisions », où un signal destiné à un qubit peut également modifier le comportement des autres. Le « compilateur » quantique – le logiciel qui séquence l’ordre des opérations qui effectuent un calcul sur le matériel quantique – peut également aider à éviter les collisions, a déclaré Gil à Ars.

Enfin, IBM a ramené le taux d’erreur de l’unité fonctionnelle de base de ce matériel, la porte à deux qubits, à 0,001. C’est essentiel, car si les taux d’erreur restent constants alors que le nombre de qubits augmente, davantage de calculs risquent de subir des erreurs.

Qu’est-ce qui vient

En termes d’utilisations pratiques, le processeur Eagle ne change pas radicalement les choses. Il y a probablement des choses intéressantes que vous pouvez faire dessus plus facilement que sur un processeur plus petit, mais nous n’avons pas fondamentalement atteint le point où nous pouvons régulièrement faire des calculs utiles qui seraient difficiles voire impossibles sur des ordinateurs traditionnels. À bien des égards, Eagle est le plus important en tant que marqueur kilométrique sur la feuille de route d’IBM. Cette feuille de route prévoit un processeur avec plus de 400 qubits l’année prochaine et quelque chose avec plus de 1 000 qubits en 2023. (Il passe à un vague « et au-delà » après 2023.)

Rassembler toute la technologie dans un seul package pour Eagle a été une validation importante pour cette feuille de route. « Nous sommes convaincus que la feuille de route de l’année prochaine fournissant un système de 433 qubits et l’année suivante un système avec plus de 1 000 serait possible », a déclaré Gil.

Outre le nombre croissant de qubits, Gil a également souligné le taux d’erreur inférieur. Si vous supposez que le taux continue de baisser au même rythme qu’au cours des dernières années, Gil a déclaré qu’il devrait atteindre 0,0001 à peu près au même moment où les processeurs à 1 000 qubits apparaîtront. Cela sera suffisant pour certains niveaux de contrôle et/ou de correction d’erreurs et élargira les types d’algorithmes pouvant être exécutés sur les futurs processeurs.

Cela, selon IBM, combiné aux améliorations continues du compilateur et du logiciel de contrôle, changera fondamentalement l’utilité de l’informatique quantique. « Je pense que nous sommes assez confiants dans le fait que nous serons en mesure de démontrer un avantage quantique à certains cas d’utilisation qui ont de la valeur au cours des deux prochaines années », a déclaré Gil à Ars.

Cela ne signifie pas que, du jour au lendemain, tout fonctionnera mieux – ou pas du tout – s’il est exécuté sur du matériel quantique. Au lieu de cela, Gil a fait valoir que la transition hors de notre état actuel (un petit nombre de qubits sujets aux erreurs) sera progressive. Certaines applications spécifiques commenceront à fonctionner plus efficacement sur le meilleur matériel quantique dans un avenir proche. Au fil du temps, à mesure que de nouvelles améliorations seront apportées, nous verrons un nombre croissant d’applications qui voient ce que Gil a appelé un avantage quantique. Mais il n’y aura pas de changement du jour au lendemain.