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L’année prochaine, IBM prévoit d’établir un nouveau record en développant l’ordinateur quantique le plus puissant jamais conçu, combinant la puissance de calcul de plusieurs processeurs quantiques connectés en parallèle. Cette annonce fait suite à la démonstration réussie de la liaison de deux processeurs quantiques, une stratégie qui devrait permettre de traiter un nombre record de qubits d’ici 2025 — et plus de 4 000 qubits d’ici 2026.
Les processeurs quantiques, ou unités de traitement quantique (QPU), constituent les éléments de base des ordinateurs quantiques, permettant la manipulation de bits quantiques (qubits). Ils sont en quelque sorte l’équivalent quantique de l’unité centrale (CPU) des ordinateurs classiques. Il y a environ six ans, le premier QPU développé par IBM prenait en charge 20 qubits. Actuellement, Condor, le plus grand QPU de l’entreprise, possède 1 121 qubits, tandis que celui de la startup Atom Computing en compte 1 180.
À partir de l’année prochaine, IBM prévoit de développer des processeurs encore plus gros, capables de prendre en charge jusqu’à plusieurs milliers de qubits. Cependant, le développement des QPU est confronté à un défi majeur : les taux d’erreur augmentent à mesure que les systèmes deviennent plus grands. Afin de surmonter cet obstacle, des systèmes fiables de correction d’erreurs sont essentiels.
Pour ce faire, IBM propose une approche modulaire consistant à combiner différents composants. “Notre objectif est de construire des supercalculateurs centrés sur le quantique», a expliqué dans un article de blog sur la feuille de route 2025 de l’entreprise, Jay Gambetta, vice-président en charge de la recherche en informatique quantique chez IBM. “Le supercalculateur quantique intégrera des processeurs quantiques, des processeurs classiques, des réseaux de communications quantiques et des réseaux classiques, travaillant tous ensemble pour transformer notre façon de calculer.« . Cette stratégie permettrait à terme d’exploiter la puissance de calcul de plusieurs QPU connectés en parallèle et fonctionnant comme un seul.
Jusqu’à 4 158 qubits traités d’ici 2026
En novembre dernier, l’équipe IBM a réalisé la première démonstration expérimentale de deux QPU connectés en parallèle et fonctionnant comme un seul appareil. Chaque unité (un Eagle QPU) peut traiter jusqu’à 127 qubits et se connecter à l’autre en temps réel via un système de liaison traditionnel. Cela permet de contrôler les portes quantiques (les éléments constitutifs des circuits quantiques) de manière classique au sein d’un circuit dynamique. L’ensemble dispose également d’un dispositif intégré d’atténuation des erreurs et d’un système d’induction d’état quantique nécessitant une connectivité périodique.
La société prévoit d’étendre cette stratégie à sa nouvelle génération de QPU Flamingo, capables de traiter 462 qubits. Au moins trois d’entre eux seraient connectés en parallèle pour être intégrés dans un système pouvant prendre en charge jusqu’à 1 386 qubits, dépassant de loin le record actuel.
«Notre apprentissage à grande échelle rassemblera toutes ces avancées pour exploiter leur plein potentiel.», explique Gambetta. Cette étape permettrait donc de passer à la suivante, qui consistera à développer le processeur multichip Kookaburra, traitant à lui seul 1 386 qubits. En 2026, la société prévoit de connecter trois QPU Kookaburra via une liaison de communication quantique, ce qui prendrait en charge un nombre impressionnant de qubits : 4 158 au total.
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Grâce à leur liaison de communication prenant en charge la parallélisation quantique, trois QPU Kookaburra pourraient être connectés pour former un système de 4 158 qubits. ©IBM
«La combinaison de ces technologies (parallélisation classique, processeurs quantiques multi-puces et parallélisation quantique) nous donne tous les ingrédients dont nous avons besoin pour amener nos ordinateurs là où notre feuille de route nous mène», dit Gambetta.
Toutefois, quelques années supplémentaires seront nécessaires pour démontrer le bon fonctionnement de ces QPU modulaires, précise l’expert. En effet, leur connectivité et leur synchronisation nécessitent des centaines de composants appelés « coupleurs », et l’équipe IBM n’en a jusqu’à présent développé que deux types. De plus, un type de coupleur totalement différent (en cours de développement, selon la société) sera essentiel aux ordinateurs quantiques entièrement modulaires. Ces composants diffèrent selon qu’ils connectent des QPU adjacents ou distants.
Néanmoins, « d’ici 2025, nous aurons supprimé les principaux obstacles à la mise à l’échelle des processeurs quantiques grâce au matériel quantique modulaire, à l’électronique de contrôle et à l’infrastructure cryogénique qui l’accompagnent », conclut Gambetta.
