IBM parie que deux puces quantiques peuvent faire ce qu’une seule ne peut pas, mais parvenir à les faire fonctionner ensemble de manière fiable pourrait être le véritable test de ses ambitions de 1 000 qubits.
Le 11 novembre, IBM a annoncé son processeur de nouvelle génération, IBM Quantum Nighthawk r3, conçu pour exécuter 10 000 opérations quantiques sur 520 qubits programmables. Plutôt que d’entasser davantage de qubits sur une seule puce de silicium, IBM prévoit de relier deux puces r3 l’année prochaine pour former une seule machine de 1 040 qubits.
Mais atteindre un nombre de qubits à quatre chiffres ne représente qu’une partie du défi. IBM doit également démontrer que les processeurs peuvent échanger des informations quantiques de manière fiable et que les systèmes de plus grande taille peuvent effectuer des calculs utiles sans que les erreurs ne submergent les résultats.
La vitesse avant l’échelle
Les ordinateurs quantiques produisent des réponses par échantillonnage statistique : chaque exécution d’un programme génère un seul résultat, et les problèmes complexes nécessitent des milliards de répétitions. Le processeur actuel d’IBM, Nighthawk r2, lancé en septembre, s’attaque à ce goulet d’étranglement grâce à un matériel dédié qui dissipe rapidement l’énergie des qubits entre deux exécutions.
Selon IBM, ses clients et partenaires ont exécuté plus de 34 milliards de circuits sur Nighthawk r2, avec des accélérations allant jusqu’à 19 fois par rapport à ses anciens processeurs Heron. L’énergéticien allemand E.ON a observé une accélération d’un facteur 15 pour l’optimisation des réseaux électriques, tandis qu’Algorithmiq a exécuté des simulations de matériaux huit fois plus rapidement.
« L’informatique quantique utile dépend de la capacité à fournir des résultats avec précision et rapidité ; ces deux éléments sont fondamentaux », a déclaré Jay Gambetta, directeur d’IBM Research.
Réécrire la feuille de route
Pour dépasser les limites d’une seule puce, IBM mise sur des interconnexions modulaires appelées l-couplers, ainsi que sur des réfrigérateurs cryogéniques reliés, refroidis à moins de 15 millikelvins.
Ars Technica rapporte que ce projet à deux puces remodèle discrètement la précédente feuille de route d’IBM. IBM visait initialement un système de 360 qubits en 2026, en reliant trois puces de 120 qubits, puis un système de 1 080 qubits en 2027, en chaînant neuf processeurs plus petits.
IBM a finalement abandonné le système multipuce prévu pour 2026 et quadruplé le nombre de qubits programmables de Nighthawk r3, portant le nombre total de dispositifs physiques sur la puce à 2 034 ; il lui suffit donc de relier deux processeurs au lieu de neuf.
Ce qu’eWEEK a découvert : les maillons manquants vers l’informatique quantique pratique
Alors que les annonces matérielles d’IBM indiquent de rapides gains de débit, l’examen des informations techniques révèle trois lacunes critiques qui séparent encore les machines actuelles de la tolérance aux pannes nécessaire à un usage commercial :
La lacune en matière de fidélité des interconnexions
Relier des processeurs quantiques distincts reste l’un des obstacles d’ingénierie les plus difficiles de l’informatique. IBM indique que la connexion de processeurs Nighthawk r1 antérieurs au moyen de quatre l-couplers a permis d’atteindre une fidélité maximale de transfert d’état quantique de 99,3 % (et de 99,0 % en moyenne).
Cette différence est importante, car les erreurs introduites lors du transfert d’informations quantiques entre les puces peuvent s’accumuler à mesure que les systèmes grandissent, rendant plus difficiles les calculs fiables sur plusieurs processeurs.
De plus, Oliver Dial, vice-président d’IBM chargé des systèmes quantiques, a déclaré à Ars Technica que l’entreprise cherche encore à déterminer combien de coupleurs sont nécessaires pour relier efficacement des puces hébergeant des qubits corrigés des erreurs.
Un matériel et des benchmarks encore non éprouvés
Nighthawk r3 reste un processeur prévu pour 2027, et non un système disponible dans le commerce. Les chiffres de performance actuels d’IBM proviennent de matériel antérieur ; les taux d’erreur, la fiabilité et les performances de la puce plus grande dans le cadre de charges de travail exigeantes restent donc à démontrer.
Le déficit de qubits logiques
Un nombre plus élevé de qubits physiques ne se traduit pas automatiquement par une puissance de calcul plus fiable. Les ordinateurs quantiques tolérants aux pannes combinent plusieurs qubits physiques pour créer des qubits logiques corrigés des erreurs, conçus pour préserver l’information malgré les erreurs matérielles.
La feuille de route Nighthawk d’IBM vise à améliorer l’informatique quantique à court terme grâce à l’atténuation des erreurs, tandis que sa feuille de route distincte consacrée à la tolérance aux pannes cible des systèmes capables de corriger durablement les erreurs.
Atteindre 1 040 qubits physiques constituerait donc une étape de mise à l’échelle, et non la preuve qu’IBM est parvenu à une informatique tolérante aux pannes.
À retenir pour les entreprises
Pour les responsables informatiques des entreprises, l’intégration plus étroite par IBM du calcul classique haute performance aux flux de travail quantiques montre que l’expérimentation hybride est viable dès aujourd’hui. Cette approche a permis au RIKEN et à la Cleveland Clinic de traiter 608 millions d’échantillons biologiques 33 fois plus rapidement.
Cependant, les organisations devraient considérer le système de 1 040 qubits prévu pour 2027 comme une étape de recherche, et non comme un remplacement de l’infrastructure classique, en alignant les calendriers de production plus près de l’objectif fixé par IBM à 2029 pour son système tolérant aux pannes Starling.
Dans l’intervalle, les entreprises qui étudient l’informatique quantique peuvent se concentrer sur l’identification des charges de travail pour lesquelles les systèmes classiques rencontrent d’importants défis de calcul.
Les premières expérimentations en science des matériaux, en simulation moléculaire et en optimisation pourraient aider les organisations à déterminer dans quels domaines les capacités quantiques seraient susceptibles, à terme, d’apporter des bénéfices mesurables.
Le prochain défi d’IBM consiste à démontrer que ses processeurs plus grands peuvent maintenir des performances fiables une fois interconnectés.
La réussite de sa feuille de route révisée dépendra non seulement de sa capacité à atteindre un nombre de qubits plus élevé, mais aussi de la possibilité pour ces qubits supplémentaires de prendre en charge des calculs de plus en plus complexes sans introduire d’erreurs rédhibitoires.
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