Quantinuum dévoile Helios, un ordinateur quantique à 98 qubits physiques qui serait à ce jour le plus puissant au monde. Il serait capable de résoudre un problème qui nécessiterait une énergie démesurée pour supercalculateur classique. Bien que son nombre de qubits soit inférieur à celui d’autres systèmes existants, leur qualité et leur configuration unique permettraient d’obtenir une puissance de calcul jamais obtenue — une capacité encore inégalée dans leur catégorie.
La puissance de calcul des ordinateurs quantiques repose sur leur aptitude à exploiter les propriétés de particules intriquées, comme les ions, les photons ou les atomes. Contrairement aux bits classiques fondés sur le code binaire, les bits quantiques (qubits) peuvent se trouver simultanément dans les états 0 et 1. Ils permettent ainsi, en théorie, d’aborder des calculs d’une complexité telle qu’ils échappent largement aux ordinateurs traditionnels.
La technologie en est toutefois encore à ses prémices, son développement se heurtant à plusieurs obstacles majeurs. Le principal défi concerne la correction d’erreurs, les qubits étant très sensibles au bruit environnemental et donc vulnérables. Là où les bits classiques présentent un taux d’erreur d’un sur 1 000 milliards, les qubits affichent un taux d’erreur élevé de l’ordre d’un sur 1 000.
Pour réduire ces erreurs, les systèmes quantiques codent une unité d’information dans plusieurs qubits. L’ensemble corrigé constitue un « qubit logique », les éléments qui le composent étant les « qubits physiques ». Le nombre de qubits physiques nécessaires varie selon l’architecture, certains systèmes exigeant davantage de ressources que d’autres.
Helios : une architecture minimaliste pour une puissance inédite
Jusqu’ici, les chercheurs estimaient qu’il fallait, en moyenne, dix qubits physiques pour constituer un qubit logique. Cependant, l’équipe de Quantinuum est parvenue à en construire un avec seulement deux qubits physiques. Ils ont développé une structure de type piège à ions à jonction qui a permis de réduire considérablement les taux d’erreurs et de gagner en puissance de calcul — la diminution des erreurs constituant la source principale de ce gain.
Leur nouvel ordinateur quantique, baptisé Helios, fonctionne ainsi avec seulement 98 qubits physiques. « Actuellement, il s’agit sans conteste de l’ordinateur quantique le plus puissant au monde », a déclaré à Live Science David Hayes, directeur de la conception et de la théorie des calculs chez Quantinuum — un enthousiasme que d’autres spécialistes, plus prudents, nuancent en parlant d’un système « probablement parmi les plus avancés à ce jour ».
L’équipe de Quantinuum a utilisé les 98 qubits physiques pour construire 48 qubits logiques : 48 paires de qubits physiques, plus deux qubits de réserve. À titre de comparaison, Google mobilisait en 2024 105 qubits physiques par qubit logique, IBM en employait 12 cette année et Amazon Web Services, neuf qubits physiques. Ces entreprises s’appuient, pour leur part, sur des variantes de qubits supraconducteurs.
Les qubits physiques d’Helios sont composés d’ions baryum piégés électromagnétiquement et organisés dans une structure de piège à ions. Il s’agit d’une structure en forme d’anneau, comportant une partie croisée à sa base qui se prolonge en deux droites parallèles. Selon l’équipe, cet agencement améliore la détection et la correction d’erreurs et se traduit par des performances supérieures à celles des architectures existantes.
Agencement des ions baryum dans le piège à ions de jonction. © QuantinuumLa connectivité totale des ions : un atout déterminant
Cet avantage découle aussi d’une propriété intrinsèque aux ions. Contrairement aux qubits supraconducteurs, fixés à la surface du processeur, les qubits d’ions peuvent se déplacer librement et interagir avec l’ensemble des autres ions du système. Cette « connectivité totale » réduit le nombre de qubits nécessaires pour constituer un qubit logique fiable. « L’importance de la connectivité totale pour ces systèmes à haute performance est de plus en plus évidente », souligne Jennifer Strabley, vice-présidente de Quantinuum, dans le MIT Technology Review.
Le test de référence Random Circuit Sample (RCS) a révélé un taux de fidélité de 99,921 % pour l’ensemble des paires de qubits physiques. Autrement dit, celles-ci ont exécuté les opérations attendues dans 99,921 % des cas. « À ma connaissance, aucune autre plateforme n’atteint ce niveau », estime Rajibul Islam, physicien à l’Université de Waterloo, non affilié à l’équipe.
Selon les chercheurs, les résultats indiquent qu’Helios présente désormais des performances dépassant le seuil de rentabilité — c’est-à-dire qu’un calcul réalisé avec correction d’erreurs appliquée est plus performant qu’un calcul effectué sans correction. L’étude détaillant ces résultats est publiée sur le serveur du Sandia National Laboratories, en collaboration avec Quantinuum.
Un système qui franchit le seuil de la correction d’erreurs utile
Dans une autre expérience — détaillée sur le serveur arXiv — les chercheurs ont utilisé Helios pour simuler un métal supraconducteur soumis à haute température. Les simulations ont mis en lumière un comportement électronique jusque-là non observé dans ce type de simulation : les électrons s’appariaient par intrication, adoptant un état commun lorsque le matériau présentait des signes de supraconductivité. Dans un laboratoire classique, un tel phénomène reste invisible à l’échelle individuelle des électrons. D’autres équipes avaient déjà obtenu des indices de ce type de comportement à l’aide de simulateurs quantiques analogiques, mais ceux-ci ne permettaient pas de mesurer les particules une par une. D’après Hayes, Helios serait le premier ordinateur quantique à pouvoir observer directement ce phénomène.
Pour la prochaine étape, Quantinuum prévoit d’ici 2027 de développer Sol, une version améliorée d’Helios dotée de 192 qubits physiques. Apollo, une version encore plus performante rassemblant des milliers de qubits physiques tolérants aux pannes, est prévue pour 2029.
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