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IonQ a trouvé un moyen plus rapide de faire communiquer différents types de matériel quantique.
Dans une démonstration expérimentale publiée la semaine dernière, IonQ, fabricant de matériel informatique quantique, a annoncé une liaison matérielle ayant atteint un taux moyen d’intrication heraldée de 1 032 paires par seconde entre deux types fondamentalement différents de qubits : un ion baryum-138 piégé et une mémoire quantique à l’état solide en diamant.
Ce résultat constitue la première interconnexion assistée par mémoire à franchir le seuil du kilohertz, dépassant d’un facteur quatre les précédents records des ions piégés.
Fonctionnement de l’interconnexion quantique d’IonQ
La construction d’ordinateurs quantiques à grande échelle se heurte depuis longtemps à un obstacle physique : entasser des milliers de qubits fragiles sur un même processeur crée de graves problèmes de diaphonie et de contrôle. L’alternative est l’informatique quantique modulaire, qui relie de plus petites puces au moyen de fibres optiques.
Les interconnexions traditionnelles nécessitent que deux photons indépendants (un provenant de chaque processeur) arrivent et interfèrent simultanément sur un séparateur de faisceau. Comme les pertes de photons se produisent aux deux extrémités, le taux de réussite évolue de manière quadratique avec l’efficacité de transmission, ce qui ralentit considérablement les connexions.
IonQ a évité ce goulet d’étranglement en adoptant une approche hétérogène. Les ions piégés excellent dans le traitement et le maintien de la cohérence, tandis que les centres colorés lacune de silicium (SiV) dans des cavités nanophotoniques en diamant excellent dans l’interaction avec la lumière.
Au lieu d’attendre deux photons correspondants, un photon de 493,5 nanomètres émis par l’ion baryum subit une conversion de fréquence quantique vers 737,45 nanomètres, est converti en créneaux temporels précoce et tardif, puis se réfléchit sur la cavité de mémoire SiV. La détection de ce photon réfléchi unique confirme l’intrication et fait passer l’évolution du taux de réussite d’un régime quadratique à un régime linéaire.
« Le déplacement des qubits par l’intermédiaire de photons sera nécessaire dans tout ordinateur quantique à grande échelle, et cette démonstration jette les bases de travaux extraordinaires à venir », a déclaré Chris Monroe, Chief Scientist at IonQ et Gilhuly Family Presidential Distinguished Professor at Duke University.
Ce qu’a découvert eWEEK : la vitesse seule ne suffira pas à rendre les réseaux quantiques extensibles
La démonstration d’IonQ marque une avancée vers la connexion de différents types de matériel quantique, mais une génération plus rapide d’intrication ne garantit pas à elle seule un réseau quantique extensible.
L’entreprise a fait état de 1 032 paires intriquées heraldées par seconde, avec une fidélité de l’état cible de 87,9 %. Le heralding signifie qu’un événement de détection signale la réussite de l’intrication, tandis que la fidélité mesure à quel point l’état quantique obtenu correspond à l’état visé.
Les résultats mettent en évidence un défi majeur de l’informatique quantique distribuée : générer rapidement de l’intrication tout en maintenant la qualité nécessaire à des opérations fiables. Des connexions plus rapides pourraient réduire les délais entre les processeurs quantiques, mais les états imparfaits introduisent des erreurs qu’il faut gérer.
Mesure de performance | Résultat rapporté | Importance |
| Taux d’intrication | 1 032 paires par seconde | Démontre la vitesse de génération d’intrication heraldée |
| Fidélité de l’état cible | 87.9% | Montre la qualité des états générés, des erreurs subsistant |
| Connexion matérielle | Ion baryum piégé et mémoire quantique en diamant | Démontre l’intrication entre différentes plateformes matérielles quantiques |
| Échelle du réseau | Liaison expérimentale | Une exploitation de plus grande ampleur, avec plusieurs nœuds, reste à démontrer |
La capacité à connecter différentes technologies de qubits revêt une importance particulière. Les plateformes matérielles quantiques ont des atouts différents, et une interconnexion fiable pourrait à terme permettre aux chercheurs de combiner des processeurs et des mémoires spécialisés au sein d’un système plus vaste.
Plutôt que de s’appuyer sur une architecture de qubit unique pour chaque fonction, les futurs ordinateurs quantiques pourraient utiliser différentes technologies pour le calcul, le stockage et la communication.
Le passage à l’échelle de cette approche exigera des chercheurs qu’ils maintiennent les performances sur des nœuds supplémentaires, tout en gérant les pertes de photons, la synchronisation et la complexité matérielle. Les mémoires quantiques à base de diamant peuvent également nécessiter un refroidissement cryogénique spécialisé, ce qui ajoute une autre difficulté d’ingénierie.
Pour les responsables de la technologie d’entreprise, la réussite doit être considérée comme une avancée du matériel nécessaire à l’informatique quantique distribuée, et non comme la preuve d’une capacité de déploiement. Les prochaines étapes seront l’amélioration de la fidélité, la mise en place de connexions fiables entre plusieurs nœuds et des démonstrations maintenant les performances à mesure que les systèmes prennent de l’ampleur.
Quelle sera la prochaine étape pour l’interconnexion quantique d’IonQ ?
IonQ fait progresser cette architecture dans le cadre du programme DARPA Heterogeneous Architectures for Quantum (HARQ), qui vise à développer des interconnexions capables de relier différentes plateformes d’informatique quantique, notamment les ions piégés, les atomes neutres et les systèmes supraconducteurs.
« Notre technologie peut s’interfacer avec presque tous les types de qubits ; nous pensons donc qu’elle ouvrira un large éventail de possibilités dans de nombreuses modalités matérielles, de l’informatique modulaire aux réseaux de capteurs et au-delà », a déclaré Mihir Bhaskar, senior vice president et general manager of Quantum Technologies chez SkyWater pour IonQ.
L’objectif plus large consiste à dépasser les connexions expérimentales individuelles pour créer des réseaux capables de prendre en charge plusieurs dispositifs quantiques. Pour y parvenir, les chercheurs devront démontrer des performances fiables sur des nœuds supplémentaires tout en relevant les défis d’ingénierie liés à l’intégration de différentes plateformes matérielles.
Pour l’instant, la démonstration d’IonQ montre que des systèmes quantiques hétérogènes peuvent établir une intrication à des taux plus élevés. Le prochain test consistera à déterminer si ces performances peuvent être maintenues à mesure que les chercheurs connecteront davantage de dispositifs au sein de réseaux quantiques toujours plus complexes.
Autres actualités : IBM est passé à l’étape C de la Quantum Benchmarking Initiative de DARPA, faisant entrer sa feuille de route vers l’informatique quantique tolérante aux pannes dans une phase plus rigoureuse de tests indépendants.