Informatique quantique : ce nouveau processeur de 100 qubits est construit avec des atomes refroidis près du zéro absolu

L’ordinateur quantique basé sur une porte de 100 qubits de la société, nommé Hilbert, sera lancé plus tard cette année après les derniers travaux de réglage et d’optimisation.

Image : ColdQuanta

En refroidissant les atomes jusqu’à près du zéro absolu, puis en les contrôlant avec des lasers, une entreprise a réussi à créer un processeur quantique de 100 qubits qui se compare aux systèmes développés par les principaux acteurs quantiques à ce jour.

ColdQuanta, une société américaine spécialisée dans la manipulation d’atomes froids, a dévoilé la nouvelle unité de processeur quantique, qui constituera la base de l’ordinateur quantique basé sur une porte de 100 qubits de la société, nommé Hilbert, lancé plus tard cette année après travaux de mise au point et d’optimisation finaux.

Il existe différentes approches de l’informatique quantique, et parmi celles qui ont pris de l’importance ces dernières années, figurent des systèmes supraconducteurs, des ions piégés, des ordinateurs quantiques photoniques et même des qubits de spin au silicium.

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Les atomes froids, en revanche, n’ont pas encore fait de vagues dans l’écosystème quantique. Le processeur quantique 100 qubits de ColdQuanta, cependant, pourrait apparemment rivaliser avec les normes les plus élevées de l’industrie : par exemple, le système quantique actuel d’IBM, Hummingbird, prend en charge 65 qubits.

Et au cours des trois prochaines années, ColdQuanta espère créer un système dépassant les 1 000 qubits. Cela correspond à nouveau à la feuille de route d’IBM pour le matériel quantique, qui devrait voir la société sortir un ordinateur quantique de 1 121 qubits en 2023.

“Nous entendons beaucoup parler de supraconducteurs et d’ions piégés et, à certains égards, l’atome froid est le petit nouveau, mais nous pensons qu’il est très prometteur en termes d’évolutivité”, a déclaré à ZDNet Paul Lipman, président de l’informatique quantique chez ColdQuanta.

L’approche de ColdQuanta consiste à traiter les atomes comme des qubits, et à les ramener à des températures extrêmement froides, où leurs propriétés quantiques peuvent être manipulées avec une grande précision. En effet, dans un environnement aussi isolé, les atomes sont protégés du bruit ambiant et peuvent conserver leurs propriétés quantiques beaucoup plus longtemps.

Refroidir les particules pour mieux les contrôler n’est pas nouveau dans le monde quantique : les processeurs supraconducteurs de Google et d’IBM nécessitent également de placer des qubits dans d’énormes réfrigérateurs à dilution, où les températures sont ramenées à zéro kelvin (-273,15 °C).

Mais l’approche des atomes froids de ColdQuanta va encore plus loin. Les atomes sont refroidis au niveau du microkelvin, c’est-à-dire mille fois plus froid que dans la méthode supraconductrice.

Plutôt que d’utiliser de grands réfrigérateurs, ColdQuanta piège les atomes avec des lasers pour les refroidir, avant d’utiliser une combinaison de lasers et d’impulsions micro-ondes pour les disposer dans les portes qui composent un circuit quantique.

“Parce que nous les refroidissons avec des lasers plutôt que des réfrigérateurs à dilution, nous n’avons pas les mêmes défis de mise à l’échelle en termes de construction d’énormes réfrigérateurs pouvant contenir un grand nombre de qubits”, explique Lipman. “Nous les refroidissons au microkelvin, mais nous le faisons dans un appareil qui peut tenir dans votre main à température ambiante.”

De plus, selon Lipman, les atomes sont dix mille fois plus petits que les qubits supraconducteurs, ce qui signifie que de nombreux qubits d’atomes froids peuvent être regroupés dans un espace beaucoup plus petit. Ce qui nécessiterait des mètres carrés d’espace pour un processeur quantique supraconducteur peut reposer sur un système d’atomes froids de la taille d’un clou, selon la société.

“Les atomes froids ont cette évolutivité intrinsèque qui est très attrayante”, soutient Lipman.

La capacité des atomes froids à évoluer rapidement est l’un des principaux arguments de vente de ColdQuanta, mais il reste des défis d’ingénierie qui, pour l’instant, limitent toujours la taille de Hilbert. Les scientifiques de la société examinent comment l’utilisation des lasers change lorsque le nombre de qubits augmente par ordre de grandeur, par exemple, et des bancs d’essai sont déjà en cours dans le laboratoire pour déterminer la meilleure voie à suivre.

Les principes fondamentaux de l’approche, cependant, sont testés et prouvés, dit Lipman, et les atomes froids fonctionnent déjà de la même manière que les processeurs quantiques de pointe. Pas seulement sur le nombre de qubits : les données de l’entreprise montrent également que le système est comparable aux ordinateurs quantiques d’IBM et de Google en ce qui concerne la connectivité, qui fait référence au nombre de qubits pouvant interagir les uns avec les autres, et la cohérence, qui est la durée de temps pendant lequel les propriétés quantiques peuvent être maintenues.

En termes de fidélité, cependant, le processeur est légèrement en retard par rapport aux appareils développés par les concurrents, ce qui signifie que la précision du système de ColdQuanta n’est pas aussi élevée. Mais une partie du travail d’optimisation en cours, dit Lipman, est consacrée à l’amélioration des performances de Hilbert en matière de fidélité.

Lipman est convaincu que ces résultats prometteurs permettront à ColdQuanta de se démarquer dans un écosystème en pleine croissance. De nouvelles étapes sont annoncées par des entreprises quantiques, grandes et petites, à un rythme rapide, et le nombre d’approches de l’informatique quantique se multiplie rapidement, chacune avec ses propres avantages et défis, ce qui rend de plus en plus difficile de distinguer le battage médiatique de la réalité.

“Il est trop tôt pour dire quelle modalité remportera la course”, admet Lipman. “Si vous avancez l’horloge de deux ou trois ans, il pourrait même y avoir des modalités sur lesquelles nous n’avons même pas d’informations accessibles au public aujourd’hui, mais qui pourraient apparaître au premier plan.”

« Nous en saurons plus une fois l’ordinateur sorti, mais notre objectif est maintenant de travailler avec des clients potentiels pour offrir une valeur tangible à court terme. »

ColdQuanta n’a pas encore annoncé publiquement de clients, mais la société travaille notamment sur des problèmes d’optimisation, qui pourraient trouver des applications dans la logistique, la science des matériaux et les télécommunications.

La société a également un partenariat de longue date avec la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), qui a attribué à ColdQuanta un total de 7,4 millions de dollars pour développer un ordinateur quantique évolutif basé sur des atomes froids pour des applications de défense telles que l’allocation de ressources, la logistique et l’image. reconnaissance.

Hilbert devrait être lancé plus tard cette année et sera disponible sur le cloud privé de ColdQuanta. La société est également en pourparlers avec Amazon, Microsoft et Google pour éventuellement rendre l’ordinateur quantique accessible via AWS, Azure et Google Cloud.

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