Ce 9 décembre, l’équipe Quantum AI de Google a dévoilé Willow, une puce d’informatique quantique de pointe qui a démontré sa capacité non seulement à corriger les erreurs de manière exponentielle, mais aussi à traiter en quelques minutes certains calculs que les superordinateurs ne peuvent réaliser dans des échelles de temps connues en physique.

Les bits d’un ordinateur standard ne peuvent prendre que deux valeurs : 0 ou 1. En revanche, les qubits, les unités fondamentales du calcul quantique, peuvent se trouver dans plusieurs états en même temps grâce à la superposition. Cette propriété permet d’effectuer plusieurs calculs simultanément, rendant possible la résolution d’algorithmes extrêmement complexes.

Cependant, les chercheurs quantiques sont confrontés au problème de leur vulnérabilité aux perturbations de l’environnement, entraînant des erreurs, ce qui rend leur gestion complexe, surtout à grande échelle. Willow s’attaque à ce problème qu’ils tentent de résoudre depuis près de 30 ans.

Hartmut Neven, qui a créé et dirige Quantum AI, explique :

“Nous avons testé des réseaux de plus en plus grands de qubits physiques, passant d’une grille de qubits codés 3×3 à une grille de 5×5, puis à une grille de 7×7 – et à chaque fois, en utilisant nos dernières avancées en matière de correction d’erreurs quantiques, nous avons pu réduire le taux d’erreur de moitié.”

Ce progrès, qualifié de “below threshold ” démontre que l’augmentation des qubits ne dégrade pas la performance du système comme cela a été observé par le passé, mais la renforce, ce qui marque un tournant pour la correction d’erreurs quantiques en temps réel.

Performances exceptionnelles

Quantum AI a mesuré les performances de Willow sur le benchmark d’échantillonnage de circuits aléatoires (RCS), conçu pour tester les capacités des ordinateurs quantiques par rapport à un ordinateur classique.

Willow a effectué un calcul en moins de cinq minutes qui prendrait au supercalculateur exaflop Frontier, l’un des plus rapides au monde, 10²⁵ ou 10 quadrillions d’années, un nombre qui dépasse largement l’âge de l’Univers.

Pour Hartmut Neven, “la puce Willow est une étape majeure dans un voyage qui a commencé il y a plus de 10 ans” lors de la création de Quantum AI. L’informatique quantique permettra de “découvrir de nouveaux médicaments, de concevoir des batteries plus efficaces pour les voitures électriques et d’accélérer les progrès en matière de fusion et de nouvelles alternatives énergétiques. Beaucoup de ces futures applications révolutionnaires ne seront pas réalisables sur les ordinateurs classiques ; ils attendent d’être déverrouillés grâce à l’informatique quantique”.

Lors de sa conférence inaugurale IBM Quantum Developer Conference, IBM a dévoilé la semaine dernière les dernières avancées de sa feuille de route vers l’avantage quantique : la seconde version de son processeur Quantum Heron, introduit l’an passé, et les améliorations apportées à sa pile logicielle Qiskit.

Le passage à l’utilité quantique signifie que l’informatique quantique n’est plus une technologie théorique ou exploratoire, mais qu’elle peut être utilisée de manière pratique pour résoudre des problèmes réels dans des domaines variés. En juin 2023, IBM a démontré que son matériel quantique pouvait exécuter des calculs de manière plus efficace qu’un ordinateur classique, ce qui permet de franchir une étape vers l’avantage quantique, le moment où un ordinateur quantique surpassera définitivement les ordinateurs classiques sur des tâches spécifiques.

Quantum Heron 2 est disponible dans les deux datacenters quantiques d’IBM, l’un situé à Ehningen, en Allemagne et le second, à Poughkeepsie, à New York. Cette nouvelle puce modulaire dispose de 156 qubits dans une disposition hexagonale lourde, et préserve l’architecture de coupleur accordable introduite l’année dernière pour supprimer la diaphonie. IBM a également ajouté un nouveau système d’atténuation à deux niveaux pour aider à réduire l’impact d’une source importante de bruit.

Elle permet désormais d’exécuter des circuits quantiques complexes simulant des modèles de “kicked Ising” jusqu’à 5 000 portes à deux qubits avec une précision accrue. Comparé aux performances de 2023, ce saut technologique double les capacités des systèmes d’IBM et accélère significativement le traitement des données.

L’expérience de l’utilité quantique de 2023, publiée dans Nature, a démontré les résultats de vitesse en termes de temps de traitement, par donnée, pour un total de 112 heures. La même expérience, utilisant les mêmes données, exécutée sur le processeur IBM Heron 2, a été réalisée en 2,2 heures, soit 50 fois plus rapidement.

Cette avancée alimente des recherches dans des domaines aussi variés que la chimie moléculaire, la physique des matériaux ou la biologie computationnelle.

IBM collabore ainsi avec des partenaires de renom comme RIKEN, au Japon, et la Cleveland Clinic, aux États-Unis, pour explorer des cas d’usage concrets et résoudre des problématiques complexes, telles que les simulations de structure électronique, essentielles à la découverte de nouveaux matériaux et médicaments.

D’autres collaborations, notamment avec l’Institut Polytechnique Rensselaer, poussent plus loin l’intégration entre ordinateurs quantiques et classiques. Ces initiatives visent à créer les premiers supercalculateurs quantiques, capables de décomposer et de résoudre des algorithmes complexes en combinant les forces des architectures classiques et quantiques.