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 mise en liaison de deux processeurs quantiques, une stratégie qui devrait permettre d’atteindre un nombre record de qubits traités 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 de manipuler les bits quantiques (qubits). Ils sont en quelque sorte l’équivalent quantique de l’unité centrale de traitement (CPU) des ordinateurs classiques. Il y a environ six ans, le premier QPU développé par IBM permettait de prendre en charge 20 qubits. Actuellement, Condor, le plus grand QPU de l’entreprise, compte 1 121 qubits, tandis que celui de la start-up Atom Computing en possède 1 180.
À partir de l’année prochaine, IBM prévoit de développer des processeurs encore plus grands pouvant prendre en charge jusqu’à plusieurs milliers de qubits. Cependant, le développement des QPU se heurte à un défi majeur : les taux d’erreurs augmentent à mesure que les systèmes deviennent plus grands. Afin de surmonter cet obstacle, des systèmes de correction d’erreurs fiables 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 sur les ordinateurs quantiques chez IBM. «Le supercalculateur centré sur le quantique intégrera des processeurs quantiques, des processeurs classiques, des réseaux de communication quantiques et des réseaux classiques, tous fonctionnant ensemble pour transformer notre façon de calculer». Cette stratégie permettrait à terme d’exploiter la puissance de calcul de plusieurs QPU connectées en parallèle et fonctionnant comme un seul.
Jusqu’à 4 158 qubits traités d’ici 2026
En novembre dernier, l’équipe d’IBM a réalisé la première démonstration expérimentale de deux QPU connectées en parallèle et fonctionnant comme un seul dispositif. Chaque unité (un QPU Eagle) peut traiter jusqu’à 127 qubits et se connecte à l’autre en temps réel par le biais d’un système de liaison classique. Cela permet de contrôler les portes quantiques (les briques de base des circuits quantiques) de manière classique au sein d’un circuit dynamique. L’ensemble dispose également d’un dispositif d’atténuation d’erreurs intégré et d’un système d’induction d’états quantiques nécessitant une connectivité périodique.
L’entreprise prévoit d’étendre cette stratégie à sa nouvelle génération de QPU Flamingo pouvant traiter 462 qubits. Au moins trois de ces derniers seraient connectés en parallèle pour être intégrés au sein d’un système pouvant prendre en charge jusqu’à 1 386 qubits, dépassant ainsi de loin le record actuel.
«Notre apprentissage de mise à l’échelle permettra de réunir toutes ces avancées afin d’exploiter tout leur potentiel», explique Gambetta. Cette étape permettrait donc de passer à la suivante, qui consistera à développer le processeur multipuce Kookaburra, traitant à lui seul 1 386 qubits. En 2026, l’entreprise projette de connecter trois QPU Kookaburra par le biais d’une liaison de communication quantique et qui prendrait en charge une quantité impressionnante de qubits : 4 158 au total.
«La combinaison de ces technologies (parallélisation classique, processeurs quantiques multipuces et parallélisation quantique) nous donne tous les ingrédients dont nous avons besoin pour faire évoluer nos ordinateurs là où notre feuille de route nous mène», affirme Gambetta.
Cependant, quelques années supplémentaires seront nécessaires afin de 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 d’IBM n’en a jusqu’ici développé que deux types. En outre, un tout autre type de coupleur (en cours de développement, selon l’entreprise) sera essentiel aux ordinateurs quantiques entièrement modulaires. Ces composants diffèrent selon qu’ils connectent des QPU adjacents ou éloignés les uns des autres.
Néanmoins, « d’ici 2025, nous aurons supprimé les principales barrières qui s’opposent 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.