Bien que de nombreux défis subsistent
L’ordinateur quantique « Helios » marque une avancée majeure en utilisant une architecture à ions piégés composée de 98 qubits. Contrairement aux modèle fixes, Helios déplace physiquement les particules chargées entre des zones de stockage et de calcul grâce à une jonction en X innovante. Cette méthode réduit les interférences et permet permet de corriger les erreurs en temps réel, surpassant ainsi les capacités des superordinateurs classiques lors de tests de performance. Bien que cette prouesse technique soit significative, les experts soulignent qu’il faudra atteindre des millions de qubits pour une utilisation scientifique concrète.
Une nouvelle étape vient d'être franchie dans le développement de l'informatique quantique grâce à une machine nommée « Helios », développée par la société Quantinuum. La technologie est qualifiée de très prometteuse. Helios se distingue radicalement des autres ordinateurs de ce type, car il s'agit d'un ordinateur quantique à ions piégés, exploitant des atomes chargés suspendus dans le vide au moyen de d champs électromagnétiques.
Avec ses 98 qubits, Helios est le plus grand ordinateur quantique à ions piégés conçu à ce jour, marquant une progression spectaculaire par rapport aux versions précédentes de l'entreprise qui possédaient 32 qubits en 2023 et 56 qubits en 2025. L'appareil repose sur l'architecture QCCD (quantum charge-coupled device), un concept inventé en 2002 qui sépare physiquement les zones de stockage et de traitement de l'information quantique.
Cette séparation rappelle le fonctionnement des ordinateurs traditionnels dotés d'une mémoire de stockage distincte de leur processeur central. Par ailleurs, Helios prend la forme d'une rosette composée d'un anneau de stockage relié à deux zones de traitement par une jonction à quatre voies en forme de X.
C'est au niveau de cette jonction que les ions sont déplacés par voie électrique depuis le stockage vers les zones de traitement, où des impulsions laser exécutent les algorithmes quantiques. Cette méthode mécanique et dynamique diffère fondamentalement de l'architecture des qubits supraconducteurs où les qubits demeurent immobiles. Helios apporte des améliorations en matière de correction d'erreurs et de puissance de calcul.
Avantages technologiques et correction d'erreurs par le QCCD
L'approche QCCD utilisée par Helios apporte trois bénéfices techniques essentiels au calcul quantique. Tout d'abord, elle limite fortement le phénomène de « diaphonie » (l'interférence mutuelle entre qubits voisins), car l'activation des portes quantiques sur certains qubits n'affecte pas les autres situés à proximité. Ensuite, Quantinuum indique que cette architecture offre la possibilité de mesurer et réinitialiser les qubits en cours de calcul.
En outre, le succès de cet ordinateur quantique repose sur une double innovation matérielle et logicielle. Sur le plan matériel, la jonction en X permet de gérer plusieurs tâches simultanément au lieu d'un déplacement linéaire unidirectionnel ou en boucle. Sur le plan logiciel, un programme avancé de contrôle classique appelé « runtime Helios » calcule et planifie les trajectoires les plus rapides et intelligentes pour acheminer les données.
Ensemble, ces avancées constituent un progrès considérable dans l’ingénierie des ordinateurs quantiques. Une conséquence importante est qu’Helios peut effectuer des calculs qui ne peuvent être réalisés, même sur les plus grands supercalculateurs, à l’aide des méthodes connues, dans des délais et avec une consommation d’énergie raisonnables. Quantinuum a déclaré qu'Helios servira de base pour une innovation rapide dans le secteur.
Limites et défis pour les futures machines tolérantes aux pannes
Malgré cette prouesse technique, Helios reste une simple démonstration à l'heure actuelle. Les calculs menés jusqu'à présent ne sont que des tests de référence aléatoires dénués d'applications commerciales ou scientifiques directes. Pour que l'informatique quantique devienne véritablement utile dans la pratique, les experts estiment que les machines devront être considérablement plus performantes et atteindre environ un million de qubits.
À titre de comparaison, le calcul le plus étendu réalisé par Helios ne comprenait que 4 000 opérations sur ses 98 qubits, tandis que la stratégie quantique nationale du Royaume-Uni ambitionne de construire une machine tolérante aux pannes capable de réaliser 1 000 milliards d'opérations. Atteindre cet objectif implique d'interconnecter des milliers de modules QCCD contenant chacun des milliers de qubits via des liaisons quantiques complexes.
L'opération pourrait se révéler compliquer. Les ingénieurs devront surmonter des difficultés inédites, comme le risque d'embouteillages de qubits au sein d'une immense grille bidimensionnelle comparable à des « rues d'une ville ». De plus, le transport physique des ions par des tensions de haute précision reste un processus intrinsèquement lent, une contrainte qui s'accentuera inévitablement à mesure que la taille des machines augmentera.
En tant que développement passionnant dans le domaine, Helios illustre comment le futur de l'informatique quantique s'appuiera sur du matériel quantique imaginatif soutenu par des logiciels intelligents. Quelle que soit la forme que prendront les ordinateurs tolérants aux pannées (fault-tolerant quantum computer - FTQC) du futur, ils impliqueront des dispositifs matériels quantiques conçus avec ingéniosité, assistés par des logiciels intelligents.
QuEra promet un nouveau bond technologique majeur pour 2028
Actuellement, QuEra dispose d'un matériel limité à environ 260 qubits qui sont relativement sujets aux erreurs. La société promet une évolution spectaculaire en passant à un système composé de plus de 10 000 qubits physiques, ce qui permettrait de créer 256 qubits logiques corrigés de leurs erreurs. Ainsi, le système devrait atteindre un taux d'opérations sans erreur de 99,9999 %, ce qui rendrait possible l'exécution réussie de millions d'opérations.
QuEra a trouvé un allier de taille dans sa quête de domination, Amazon. Face à ces ambitions vertigineuses, la startup a choisi de ne proposer aucune nouvelle version matérielle avant la sortie de cette machine aboutie. Yuval Borger, directeur technique de QuEra, explique ce changement de cap en affirmant que « l'entreprise a pris la décision stratégique de ne plus vendre de systèmes NISQ [systèmes quantiques bruités à échelle intermédiaire] ».
Et ce n’est pas tout. Dès 2029, la startup prévoit de lancer un successeur encore plus puissant, doté de deux fois plus de qubits physiques et capable de supporter plus de 1 000 qubits logiques. Sur cette nouvelle machine, la résistance aux erreurs devra s'élever à 99,9999999 %.
Les machines de QuEra fonctionnent à l’aide d’atomes neutres maintenus dans une grille par des lasers ; ainsi, augmenter le nombre de qubits revient essentiellement à renforcer la puissance des lasers. En outre, les deux laboratoires à l’origine de QuEra, qui lui ont concédé une licence sur leur propriété intellectuelle, ont déjà fait la démonstration d’un système de 3 000 qubits. La mise à l’échelle constituera un défi, mais la voie à suivre est évidente.
Ces laboratoires universitaires ont également démontré leur capacité à remplacer les atomes perdus au cours des opérations, une capacité essentielle au bon fonctionnement de ces machines. (À l'heure actuelle, la correction d'erreur quantique constitue le principal obstacle technique qui sépare les ordinateurs quantiques (appelés "NISQ" - Noisy Intermediate-Scale Quantum) des ordinateurs quantiques véritablement utiles à très grande échelle.)
Des défis techniques et technologiques majeurs à surmonter
Les annonces de QuEra suscitent un grand scepticisme dans la communauté scientifique, qui relève de nombreux défis que l'entreprise devra surmonter en si peu de temps. Le plus grand défi de l'entreprise sera à réduire considérablement les taux d'erreur de son matériel quantique. En 2028, l'entreprise prévoit d'utiliser 40 qubits physiques pour créer un seul qubit logique, un ratio qui sera ensuite réduit à 20 qubits physiques pour un qubit logique en 2029.
En fin de compte, le fait que QuEra ne précise pas les performances exactes requises pour atteindre son objectif rend l'évaluation de ces promesses incertaine. Son annonce est potentiellement prometteuse, mais il est difficile d’évaluer dans quelle mesure il faut prendre au sérieux les projets de QuEra.
Les perspectives à long terme sont alléchantes. Alors que la puissance de calcul devient de plus en plus coûteuse et que les nouvelles technologies telles que l’IA exercent une pression toujours plus forte sur les ressources, le secteur recherche des solutions capables de dépasser ces charges de travail, ou du moins de les compléter, grâce à une technologie plus puissante. Les partisans de l'IA affirment que l’informatique quantique sera la solution.
La course vers l'informatique quantique et le battage médiatique
L'informatique quantique recèle un immense potentiel dans divers secteurs, notamment la découverte de médicaments, l'analyse des risques financiers, l'optimisation de la logistique... D'autres Big Tech, dont Google et IBM, travaillent également sur l'informatique quantique, mais l'approche de Microsoft est sensiblement différente de celle de ses concurrents. Mais leurs affirmations sont régulièrement mises en cause par les physiciens théoriciens et autres.
En décembre 2024, Google a fait une déclaration surprenante : la société a déclaré que sa nouvelle puce quantique Willow confirme l'existence d'univers parallèles. Google suggérait ainsi que sa puce quantique pourrait puiser dans des univers parallèles pour obtenir ses résultats. Cela a relancé les discussions au sein de la communauté scientifique sur la possibilité d'univers parallèles. Les scientifiques affirment toutefois que cette affirmation est spéculative.
« Google affirme avoir effectué un calcul sur une puce de 100 qubits, beaucoup plus rapidement qu'un (super)ordinateur conventionnel. Le calcul en question consiste à produire une distribution aléatoire. Le résultat de ce calcul n'a aucune utilité pratique », a déclaré Sabine Hossenfelder, physicienne allemande.
Sabine Hossenfelder a rappelé les revendications de Google concernant la suprématie quantique en 2019. L'affirmation de Google a en effet été contestée par IBM, qui a ensuite démontré qu'un ordinateur conventionnel pouvait effectuer la même tâche dans des conditions spécifiques. Certains scientifiques mettent en garde contre les affirmations audacieuses sans preuve concrète, qui pourraient nuire à la crédibilité de l'industrie dans son ensemble.
« Ce type d'annonces n'aide pas, il nuit. L'industrie de l'informatique quantique fait déjà l'objet d'un examen minutieux périodique, avec des questions sur les délais et l'utilité », affirme Sergey Frolov, professeur de physique à l'université de Pittsburgh, en réaction aux nombreuses déclarations des Big Tech.
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