Cette nouvelle startup a construit un ordinateur quantique record de 256 qubits

En 2019, Google a annoncé que sa machine à 53 qubits avait atteint la suprématie quantique – en effectuant une tâche non gérable par un ordinateur conventionnel – mais IBM a contesté cette affirmation. La même année, IBM a lancé son ordinateur quantique 53 bits. En 2020, IonQ a dévoilé un système à 32 qubits qui, selon la société, était « l’ordinateur quantique le plus puissant au monde ». Et juste cette semaine, IBM a lancé son nouveau processeur quantique de 127 qubits, que le communiqué de presse a décrit comme un « miracle mineur de conception ». « La grande nouvelle, de mon point de vue, c’est que cela fonctionne », déclare Jay Gambetta, vice-président de l’informatique quantique d’IBM.

Maintenant, QuEra prétend avoir fabriqué un appareil avec beaucoup plus de qubits que n’importe lequel de ces rivaux.

Le but ultime de l’informatique quantique, bien sûr, n’est pas de jouer à Tetris mais de surpasser les ordinateurs classiques dans la résolution de problèmes d’intérêt pratique. Les passionnés estiment que lorsque ces ordinateurs deviendront suffisamment puissants, peut-être dans une décennie ou deux, ils pourraient apporter des effets transformateurs dans des domaines tels que la médecine et la finance, les neurosciences et l’IA. Les machines quantiques auront probablement besoin de milliers de qubits pour gérer des problèmes aussi complexes.

Le nombre de qubits, cependant, n’est pas le seul facteur qui compte.

QuEra vante également la programmabilité améliorée de son appareil, dans lequel chaque qubit est un seul atome ultra-froid. Ces atomes sont arrangés avec précision avec une série de lasers (les physiciens les appellent des pincettes optiques). Le positionnement des qubits permet de programmer la machine, de l’accorder au problème à l’étude, et même de la reconfigurer en temps réel pendant le processus de calcul.

« Différents problèmes vont exiger que les atomes soient placés dans différentes configurations », déclare Alex Keesling, PDG de QuEra et co-inventeur de la technologie. « L’une des particularités de notre machine est qu’à chaque fois que nous l’exécutons, quelques fois par seconde, nous pouvons redéfinir complètement la géométrie et la connectivité des qubits.

L’avantage de l’atome

La machine de QuEra a été construite à partir d’un schéma directeur et de technologies affinées sur plusieurs années, dirigées par Mikhail Lukin et Markus Greiner à Harvard et Vladan Vuletić et Dirk Englund au MIT (tous font partie de l’équipe fondatrice de QuEra). En 2017, un modèle antérieur de l’appareil du groupe Harvard n’utilisait que 51 qubits ; en 2020, ils ont fait la démonstration de la machine à 256 qubits. D’ici deux ans, l’équipe QuEra espère atteindre 1 000 qubits, puis, sans trop changer la plate-forme, elle espère continuer à faire évoluer le système au-delà des centaines de milliers de qubits.

Mario fait à partir de qubits QuEra
Mario fait à partir de qubits QuEra.

AHMED OMRAN/QUERA

C’est la plate-forme unique de QuEra – la manière physique dont le système est assemblé et la méthode par laquelle les informations sont codées et traitées – qui devrait permettre de tels sauts d’échelle.

Alors que les systèmes informatiques quantiques de Google et d’IBM utilisent des qubits supraconducteurs et IonQ utilise des ions piégés, la plate-forme QuEra utilise des réseaux d’atomes neutres qui produisent des qubits d’une cohérence impressionnante (c’est-à-dire un degré élevé de «quantumité»). La machine utilise des impulsions laser pour faire interagir les atomes, les amenant à un état énergétique – un « état de Rydberg », décrit en 1888 par le physicien suédois Johannes Rydberg – auquel ils peuvent faire de la logique quantique de manière robuste avec une haute fidélité. Cette approche Rydberg de l’informatique quantique a été travaillée pendant une vingtaine d’années, mais des avancées technologiques, par exemple avec les lasers et la photonique, étaient nécessaires pour la faire fonctionner de manière fiable.

« Irrationnellement exubérant »

Lorsque l’informaticien Umesh Vazirani, directeur du Berkeley Quantum Computation Center, a entendu parler pour la première fois des recherches de Lukin dans ce sens, il s’est senti « irrationnellement exubérant » – cela semblait être une approche merveilleuse, bien que Vazirani se soit demandé si ses intuitions étaient en contact avec la réalité. « Nous avons plusieurs voies bien développées, telles que les supraconducteurs et les pièges à ions, sur lesquelles nous travaillons depuis longtemps », dit-il. « Ne devrions-nous pas penser à des schémas différents ? » Il s’est entretenu avec John Preskill, physicien au California Institute of Technology et directeur de l’Institute for Quantum Information and Matter, qui a assuré à Vazirani que son exubérance était justifiée.

Preskill trouve les plates-formes Rydberg (pas seulement celles de QuEra) intéressantes car elles produisent des qubits fortement interactifs qui sont fortement intriqués – « et c’est là que se trouve la magie quantique », dit-il. « Je suis assez enthousiasmé par le potentiel sur une échelle de temps relativement courte de découvrir des choses inattendues. »

En plus de simuler et de comprendre les matériaux et la dynamique quantiques, QuEra travaille sur des algorithmes quantiques pour résoudre des problèmes d’optimisation informatique qui sont NP-complets (c’est-à-dire très difficiles). « Ce sont vraiment les premiers exemples d’avantages quantiques utiles impliquant des applications scientifiques », déclare Lukin.