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

Mme Tech | Je voulais Informatique / Harvard

Enfin, des physiciens de Harvard et du MIT ont trouvé l'application qui tue pour l'informatique quantique : un GIF de Mario Bros. fabriqué à partir de qubits. Les qubits (bits quantiques) peuvent également être disposés dans un design Space Invaders, ou Tetris, ou toute autre forme - votre souhait géométrique est la commande des qubits.

Les GIF ont été offerts par QuEra Computing, une startup de Boston émergeant de la furtivité, pour montrer la programmabilité de leur simulateur quantique de 256 qubits, un ordinateur quantique à usage spécial conçu pour résoudre certains types de problèmes.

La machine QuEra est le dernier pas en avant dans la mise à l'échelle de l'informatique quantique pour la rendre plus puissante et capable de résoudre des problèmes pratiques. Plus de qubits signifie que plus d'informations peuvent être stockées et traitées, et les chercheurs développant la technologie se sont efforcés de relever continuellement la barre.

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La suprématie quantique de Google ? Pas si vite, dit IBM. Le fabricant rival d'ordinateurs quantiques conteste l'affirmation tant vantée selon laquelle Google a franchi une nouvelle étape.

En 2019, Google a annoncé que sa machine de 53 qubits avait atteint la suprématie quantique - effectuant une tâche non gérable par un ordinateur conventionnel - mais IBM a contesté cette affirmation. La même année, IBM lance son ordinateur quantique 53 bits . En 2020, IonQ a dévoilé un système de 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 décrit comme un petit miracle de conception. La grande nouvelle, de mon point de vue, c'est que cela fonctionne, déclare Jay Gambetta, vice-président de l'informatique quantique chez 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 enthousiastes 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 disposés avec précision grâce à une série de lasers (les physiciens les appellent des pincettes optiques). Le positionnement des qubits permet de programmer la machine, de l'adapter au problème étudié et même de la reconfigurer en temps réel pendant le processus de calcul.

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

L'avantage de l'atome

La machine de QuEra a été construite à partir d'un plan 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 démontré la Machine à 256 qubits . D'ici deux ans, l'équipe QuEra prévoit d'atteindre 1 000 qubits, puis, sans trop changer la plate-forme, elle espère continuer à faire évoluer le système au-delà de centaines de milliers de qubits.

Mario fabriqué à partir de qubits.

AHMED OMRAN/QUERA/HARVARD

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 que IonQ utilise des ions piégés, la plate-forme de QuEra utilise des réseaux d'atomes neutres qui produisent des qubits avec une cohérence impressionnante (c'est-à-dire un degré élevé de quantification). La machine utilise des impulsions laser pour faire interagir les atomes, les excitant à un état d'énergie - 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 à l'informatique quantique a été travaillé pendant une vingtaine d'années, mais des avancées technologiques - par exemple, avec les lasers et la photonique - étaient nécessaires pour le 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 eu diverses voies bien développées, telles que les supraconducteurs et les pièges à ions, sur lesquelles on travaille depuis longtemps, dit-il. Ne devrions-nous pas réfléchir à différents schémas ? 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 matériaux quantiques et dynamique - que Lukin appelle les premiers exemples d'avantage quantique utile impliquant des applications scientifiques - les chercheurs travaillent également sur des algorithmes quantiques pour résoudre des problèmes d'optimisation informatique qui sont NP-complet (c'est-à-dire très dur).

L'un des investisseurs de QuEra est Rakuten, une société japonaise de services Internet, de commerce électronique et de technologie financière, qui souhaite explorer le problème de l'optimisation des emplacements d'antenne pour les services mobiles 4G et 5G. En outre, la technologie est prometteuse pour résoudre de nombreux problèmes d'optimisation, du routage de livraison, du portefeuille de stocks, des moteurs de recherche aux recommandations, déclare Takuya Kitagawa, directeur des données de Rakuten. Le rêve est grand.

Preskill, cependant, n'est pas particulièrement optimiste quant au fait que la machine de QuEra surpassera les algorithmes classiques pour les problèmes d'optimisation. C'est lui qui a inventé le terme suprématie quantique (décrivant le point auquel les ordinateurs quantiques peuvent faire des choses que les ordinateurs classiques ne peuvent pas faire), et il note : Nous n'avons pas d'arguments théoriques solides selon lesquels nous verrons un avantage quantique dans l'optimisation temps bientôt. Mais c'est certainement digne d'investigation.

Et Preskill tient au projet de QuEra de rendre sa plate-forme largement accessible pour la recherche et le développement. Avoir une plus grande communauté de personnes s'amusant et jouant avec les machines, dit-il, aidera à comprendre ce dans quoi ils sont bons. Espérons qu'ils ne passeront pas leur temps à jouer à Tetris et Space Invaders.

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