Un prototype expérimental offre un aperçu de l’ordinateur quantique de 7 000 qubits. Un rendu animé de lignes jaunes hachurées sur un fond orange, alors que les lignes jaunes verticales disparaissent lentement
Lorsque le pionnier de l’informatique quantique D-Wave lancera son système Advantage2 de nouvelle génération en 2023 ou 2024, la société s’attend à ce que sa machine de 7 000 qubits soit l’ordinateur quantique le plus puissant de son genre au monde. Désormais, D-Wave met immédiatement à disposition un prototype expérimental d’Advantage2 pour une utilisation sur le cloud.
Les ordinateurs classiques allument ou éteignent les transistors pour symboliser les données sous forme de un ou de zéro. En revanche, les ordinateurs quantiques utilisent des bits quantiques, ou « qubits ». En raison de la nature étrange de la physique quantique, les qubits peuvent exister dans un état appelé superposition, dans lequel ils sont essentiellement à la fois 1 et 0 en même temps. Ce phénomène permet à chaque qubit d’effectuer deux calculs à la fois. Plus il y a de qubits liés mécaniquement, ou intriqués, dans un ordinateur quantique, plus sa puissance de calcul peut croître, de manière exponentielle.
L’approche standard de la construction d’ordinateurs quantiques, appelée modèle de porte, consiste à organiser des qubits dans des circuits et à les faire interagir les uns avec les autres dans une séquence fixe. En revanche, D-Wave , basé à Burnaby, en Colombie-Britannique, au Canada, s’est longtemps concentré sur ce qu’on appelle les ordinateurs quantiques de recuit.
Cousins quantiques des ordinateurs à recuit classiques, ces machines trouvent un état d’énergie le plus bas en le refroidissant lentement, de la même manière que les métaux et les cristaux sont parfois trempés .afin de minimiser les imperfections. Les machines de recuit quantique commencent alors avec un ensemble de qubits dont les interactions à leur état d’énergie le plus bas, appelé état fondamental, représentent la bonne réponse à un problème spécifique que les chercheurs ont programmé pour résoudre.
« Compte tenu des premiers résultats positifs, nous voulions le mettre entre les mains des développeurs et des chercheurs maintenant pour l’exploration et l’apprentissage. »
—Emile Hoskinson, D-Wave
L’application idéale pour le recuit des ordinateurs quantiques pourrait être la résolution de problèmes d’optimisation, explique Emile Hoskinson, physicien expérimental et directeur des produits de recuit quantique chez D-Wave. Ceux-ci cherchent à trouver la meilleure réponse parmi toutes les solutions possibles, telles que la cartographie de l’itinéraire le plus rapide d’un point A à un point B.
Par exemple, imaginez que vous essayez de trouver le point le plus bas d’un vaste paysage couvert de collines et de vallées. Un ordinateur classique peut démarrer à un endroit aléatoire de la surface et chercher un endroit plus bas à explorer jusqu’à ce qu’il ne puisse plus descendre la pente. Cette approche peut souvent rester coincée dans un « minimum local », une vallée qui n’est pas réellement le point le plus bas de la surface.
D’autre part, le recuit des ordinateurs quantiques pourrait permettre de démarrer en plusieurs points de la surface en même temps, réduisant ainsi le risque de se retrouver piégé dans un minimum local. Ils peuvent même essentiellement creuser un tunnel à travers une colline pour voir s’il y a une vallée inférieure au-delà, ou partager des données provenant de plusieurs endroits pour trouver des modèles qui pourraient conduire à des points plus profonds.
Fondée en 1999, D-Wave se présente comme le premier fournisseur commercial d’ordinateurs quantiques au monde. La société s’est longtemps révélée controversée, de nombreux critiques au fil des ans se demandant si ses machines étaient plus puissantes que les ordinateurs ordinaires.
Néanmoins, D-Wave a revendiqué sa part de clients de haut niveau au fil des ans. Il a vendu son premier système informatique quantique, le D-Wave One de 128 qubits, à Lockheed Martin en 2011, et a expédié son D-Wave Two de 512 qubits au Quantum Artificial Intelligence Lab de la NASA, lancé en partenariat avec Google et les universités Space Research. Association—en 2013.
Lorsque l’Advantage2 de D-Wave sera mis en ligne l’année prochaine ou l’année suivante, ce sera l’ordinateur quantique à recuit le plus puissant au monde, a déclaré Hoskinson. Aujourd’hui, la société lance un prototype expérimental d’Advantage2, avec toutes les fonctionnalités de base du produit à grande échelle disponibles pour les tests.
« Notre large portefeuille d’entreprises clientes, telles que Volkswagen, Save-on-Foods, Denso, Toyota, BBVA, NEC, Accenture et Lockheed Martin, a créé des centaines d’applications quantiques précoces dans divers domaines tels que la planification des ressources, la mobilité, la logistique. , la découverte de médicaments, l’optimisation du portefeuille, les processus de fabrication et bien plus encore », déclare Emile Hoskinson. « Nous nous attendons à ce que l’Advantage2 puisse être utilisé pour résoudre des problèmes encore plus complexes. Lorsque nous parlons de résoudre un plus large éventail de problèmes, nous voulons dire que la technologie améliorée peut résoudre des problèmes plus vastes, plus complexes et qui couvrent un plus large éventail de cas d’utilisation dans différents secteurs verticaux. Il résoudra les mêmes problèmes qu’avant, mais mieux et plus rapidement ».
Le prototype contient plus de 500 qubits de flux supraconducteur. La nouvelle conception des qubits permet ce que D-Wave appelle sa topologie Zephyr , qui prend en charge la connectivité interqubit à 20 voies, contre 15 dans la génération précédente de la société, Advantage.
« Une analogie pour illustrer l’importance de la connectivité est un réseau social, dans lequel l’influence et la complexité des interactions augmentent avec le nombre de connexions entre les nœuds », souligne Emile Hoskinson. « La complexité peut signifier la taille du problème, comme le nombre de variables, les contraintes, etc. Cela peut également signifier un contexte d’application commerciale et commerciale – par exemple, si une entreprise particulière a besoin d’un délai de résolution rapide en raison de la demande de l’entreprise, comme des horaires changeants, des dépendances de la chaîne d’approvisionnement, etc., cela rend le problème plus difficile et complexe. Nous voyons Advantage2 résoudre les problèmes à la fois mieux et plus rapidement, en traitant ces deux types de cas d’utilisation complexes. »
La nouvelle conception de qubit prend également en charge une échelle d’énergie plus élevée, ce qui rend les qubits moins vulnérables aux perturbations dues aux fluctuations thermiques. Cela réduit à son tour les taux d’erreur dans le calcul quantique.
Lors des tests, lorsque les qubits du prototype étaient disposés dans leur topologie « native » standard, il a trouvé de meilleures solutions dans jusqu’à 89 % des cas par rapport à Advantage, note la société. En ce qui concerne les problèmes nécessitant une plus grande connectivité entre les qubits, plusieurs qubits peuvent être liés dans une stratégie appelée intégration, et la plus grande connectivité interqubit d’Advantage2 a conduit le prototype à trouver des solutions de meilleure qualité qu’Advantage dans jusqu’à 82 % de ces problèmes.
« De nombreux problèmes commercialement intéressants nécessitent une intégration », assure Emile Hoskinson. « Avec la nouvelle topologie Advantage2 Zephyr et l’augmentation de l’échelle d’énergie, nous constatons des améliorations de performances pour les problèmes natifs et intégrés. »
D-Wave n’avait pas prévu à l’origine de rendre son prototype accessible au public, « mais compte tenu des premiers résultats positifs, nous voulions le mettre entre les mains des développeurs et des chercheurs maintenant pour l’exploration et l’apprentissage », lance Emile Hoskinson. « Il s’agit d’apprendre de notre communauté pour maximiser les performances des applications commerciales alors que nous nous dirigeons vers l’ordinateur quantique final à grande échelle Advantage2. »
Emile Hoskinson note que D-Wave travaille également sur un nouveau processus de fabrication qui devrait réduire considérablement le bruit dans les ordinateurs quantiques de l’entreprise, augmentant ainsi leurs chances de trouver des solutions de haute qualité.
« Alors que le prototype a été développé dans notre pile de fabrication à développement rapide actuelle, le produit éventuel Advantage2 sera produit dans une toute nouvelle pile à faible bruit », dit-il. « Nous avons des premiers résultats pour la nouvelle pile qui montrent une réduction de sept fois du bruit de flux basse fréquence, une réduction de trois fois du bruit de flux intégré et une réduction d’un ordre de grandeur du bruit de flux haute fréquence. Cela contribuera grandement à améliorer encore les performances du système Advantage2 complet. »
D-Wave a rendu le prototype disponible sur son service cloud quantique Leap en juin.
