Résumé :
IBM a récemment lancé le processeur quantique de nouvelle génération Nighthawk r3 et a annoncé son futur plan de développement de l'informatique quantique. Ce nouveau processeur est conçu pour effectuer jusqu'à 10 000 opérations quantiques, gérant des tâches informatiques plus complexes à grande échelle tout en maintenant la qualité et la vitesse opérationnelles, marquant une étape importante vers l'objectif d'IBM d'une informatique quantique tolérante aux pannes.
Selon les informations divulguées par IBM, Nighthawk r3 sera équipé de 520 qubits programmables et de 2 034 composants quantiques physiques, dans le but d'exécuter de manière stable 10 000 opérations quantiques sur un seul processeur. Dans le même temps, IBM prévoit également de connecter deux processeurs Nighthawk r3 dans un système unifié en 2027 pour créer une plate-forme informatique quantique de plus de 1 000 qubits.
Jay Gambetta, responsable de la recherche chez IBM, a déclaré que l'informatique quantique réellement utile nécessite non seulement de la précision, mais aussi de la vitesse. Alors que l’échelle des systèmes quantiques continue de croître, l’informatique quantique ne peut résoudre des problèmes pratiques dans le monde réel qu’en prenant en compte à la fois la qualité des calculs et l’efficacité du traitement.
Le Nighthawk r3 sorti cette fois est basé sur le Nighthawk r2 lancé en septembre de cette année. Le précédent processeur r2 était capable d'effectuer plus de 7 500 opérations quantiques sur 120 qubits et d'atteindre des capacités de traitement allant jusqu'à 100 000 échantillons par seconde. IBM estime que cette plate-forme a prouvé que l'informatique quantique commençait à avoir le potentiel de résoudre les véritables problèmes de l'industrie.
Les qubits sont les unités d'informations de base des ordinateurs quantiques, similaires aux « bits » des ordinateurs traditionnels. Mais contrairement aux bits traditionnels, qui ne peuvent représenter que 0 ou 1, les qubits peuvent être dans un état de superposition de 0 et 1 en même temps, permettant aux ordinateurs quantiques de traiter en parallèle des tâches informatiques extrêmement complexes. C’est l’une des raisons pour lesquelles l’informatique quantique est considérée comme un outil important pour résoudre les problèmes de la science des matériaux, de la simulation chimique, du développement et de l’optimisation de médicaments à l’avenir.
L'une des innovations les plus importantes de Nighthawk r2 est l'introduction d'une architecture de réinitialisation des qubits à grande vitesse. Dans le processus informatique quantique traditionnel, après chaque opération, les qubits doivent revenir à l'état fondamental avant de commencer la prochaine série de calculs, et ce processus peut prendre des centaines de millisecondes, obligeant le processeur à passer la plupart de son temps en état d'attente.
La nouvelle technologie développée par IBM a considérablement réduit ce processus d'attente. Selon les rapports, le temps de réinitialisation des qubits a été compressé d'environ 200 millisecondes à environ 25 nanosecondes sans perturber le fonctionnement des qubits environnants. Cela permet aux systèmes quantiques d’effectuer des calculs plus fréquemment, améliorant ainsi considérablement l’efficacité globale.
Sur la base de ces réalisations techniques, IBM prévoit d'étendre la même architecture à Nighthawk r3 et d'améliorer encore l'évolutivité et la puissance de calcul du système. La société estime que les applications futures devront effectuer des milliers, voire des dizaines de milliers d'opérations quantiques sur des centaines de qubits et générer des millions, voire des milliards d'échantillons de calcul en même temps. La vitesse et l'échelle sont donc indispensables.
Pour atteindre l'objectif de plus de 1 000 qubits, IBM a également démontré les derniers progrès en matière de technologie d'interconnexion multi-puces. Plus tôt cette année, l’équipe de recherche a utilisé avec succès quatre coupleurs quantiques longue distance pour connecter deux processeurs Nighthawk r1 ensemble. Ces structures d'interconnexion quantique agissent comme des « ponts à grande vitesse » entre les ordinateurs quantiques, permettant à plusieurs processeurs de fonctionner ensemble.
Les données expérimentales montrent que cette connexion quantique longue distance a atteint une fidélité de transmission des informations de 99,4 %, ce qui se rapproche progressivement de l'objectif de 99,9 % fixé par IBM. Une fois que la technologie pertinente aura mûri, plusieurs processeurs quantiques seront capables de former un système quantique unifié à plus grande échelle, dépassant ainsi la limite d'échelle d'une seule puce.
IBM a également révélé qu'un certain nombre de partenaires et de clients, dont E.ON, Algorithmiq et Q-CTRL, exécutent actuellement plus de 34 milliards de circuits quantiques sur la plateforme Nighthawk r2. Dans certains scénarios d'application, les performances du système ont été améliorées jusqu'à 19 fois par rapport à la précédente plate-forme quantique d'IBM.
En termes d'applications pratiques, la société énergétique E.ON utilise Nighthawk r2 pour mener des recherches sur l'apprentissage automatique quantique liées à l'optimisation du réseau, obtenant ainsi une amélioration des performances environ 15 fois. L'expérience de simulation de matériaux magnétiques menée par IBM en coopération avec le laboratoire national d'Oak Ridge aux États-Unis a également permis d'obtenir une accélération des performances environ 12 fois supérieure. Ces résultats indiquent que l’informatique quantique passe progressivement de la recherche en laboratoire aux applications industrielles pratiques.
Les analystes estiment que la sortie de Nighthawk r3 ne constitue pas seulement une nouvelle mise à niveau des performances du matériel quantique d'IBM, mais, plus important encore, elle démontre un chemin de développement allant de centaines de qubits à un système de plusieurs milliers de qubits. À mesure que les architectures de réinitialisation à grande vitesse, les interconnexions quantiques multipuces et les technologies tolérantes aux pannes continuent de mûrir, l'informatique quantique se rapproche de plus en plus de la résolution de problèmes scientifiques et industriels complexes dans le monde réel.
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