Les scientifiques de Quantinuum ont annoncé la création d’Helios, un ordinateur quantique révolutionnaire considéré comme le plus puissant actuellement disponible. Ce nouveau système possède des capacités dépassant même les supercalculateurs les plus puissants, nécessitant potentiellement plus d’énergie qu’un quasar – un objet céleste incroyablement brillant – pour atteindre des performances comparables en utilisant des méthodes informatiques conventionnelles. Cette percée recèle un immense potentiel de découverte scientifique et de progrès technologique.
L’architecture d’Hélios
Au cœur d’Helios se trouve une unité de traitement quantique (QPU) composée de 98 qubits physiques, chacun fabriqué à partir d’ions baryum. Ces qubits sont disposés dans une formation unique de « piège à ions à jonction », ressemblant à un anneau avec une jonction croisée à sa base et s’étendant en deux tiges parallèles.
Améliorer les performances grâce à la correction des erreurs
Cette disposition distinctive améliore considérablement la détection et la correction des erreurs, conduisant à des performances supérieures par rapport aux QPU existants. Les scientifiques de Quantinuum y sont parvenus en regroupant les 98 qubits physiques en 48 qubits logiques entièrement corrigés des erreurs. Ces qubits logiques fonctionnent comme des ensembles appariés, intégrant des qubits de rechange pour minimiser le risque de défaillance. L’équipe a démontré des performances « supérieures au seuil de rentabilité », ce qui signifie que les codes de correction d’erreurs améliorent réellement les résultats du processeur par rapport à l’exécution de calculs sans eux – un exploit difficile. Alors que les hypothèses précédentes suggéraient un rapport de 10 : 1 entre les qubits physiques et logiques, Quantinuum a atteint un rapport impressionnant de 2 : 1, ouvrant la voie à une évolution vers des systèmes encore plus grands.
Nouveau langage de programmation et moteur de contrôle
Pour compléter le matériel, l’équipe a développé Guppy, un nouveau langage de programmation basé sur Python, largement utilisé, conçu pour être compatible avec les futurs systèmes tolérants aux pannes. Surtout, ils ont également construit une pile de contrôle sophistiquée, comprenant un moteur de contrôle en temps réel – le « cerveau classique » de la machine – capable de détecter et de résoudre les erreurs. Ce moteur utilise les GPU Nvidia pour décoder les informations d’erreur et renvoyer les corrections à l’ordinateur quantique, garantissant ainsi un fonctionnement efficace et une atténuation des erreurs.
Benchmarking et fidélité
Le système Helios a démontré des performances exceptionnelles dans une série d’expériences de référence. Le QPU a atteint une fidélité remarquable de 99,921 % sur toutes les paires de qubits et une fidélité de 99,9975 % sur les portes quantiques à un seul qubit. L’équipe a battu des records précédents dans le test d’échantillonnage de circuit aléatoire (RCS), précédemment établi par Willow QPU de Google, renforçant ainsi la position d’Helios en tant que leader de l’informatique quantique.
L’importance de la correction des erreurs
Bien que certains ordinateurs quantiques disposent de plus de qubits physiques, les performances dépendent de la qualité des qubits et de la minimisation des taux d’erreur. C’est pourquoi les scientifiques se concentrent de plus en plus sur la correction d’erreur quantique (QEC), qui corrige les taux d’erreur nettement plus élevés dans les qubits que dans les bits des ordinateurs conventionnels.
Nouvelles découvertes grâce à la simulation
Pour mettre en valeur les capacités d’Helios, les scientifiques ont simulé un métal supraconducteur à haute température, révélant un comportement électronique jusqu’alors inconnu. Ils ont découvert que les électrons s’apparient par intrication lorsqu’ils sont dans un état supraconducteur – une « signature de supraconductivité » – et cette signature disparaît lorsque le métal n’est pas supraconducteur.
Observer l’inobservable
Cette observation découle d’un modèle basé sur une expérience précédente dans laquelle les scientifiques induisaient brièvement la supraconductivité dans un morceau de métal La3Ni2O. Cette simulation a permis aux scientifiques d’observer des phénomènes au niveau atomique – ce qui est impossible dans les expériences traditionnelles de « laboratoire humide » où le matériau est présent. La nouvelle machine constitue le premier ordinateur quantique capable d’observer ce phénomène, ouvrant ainsi de nouvelles voies à la recherche en science des matériaux.
Le chemin à parcourir
Après avoir mis en place cette architecture informatique quantique innovante, Quantinuum est confiant dans son évolutivité. La conception du piège à ions à jonction permet un routage et un appariement efficaces des qubits, et les chercheurs envisagent d’intégrer de nombreuses jonctions de ce type dans les futures machines, permettant une mise à l’échelle massive et rapprochant l’informatique quantique du dépassement des capacités des superordinateurs classiques.
“Vous pouvez en quelque sorte le considérer comme une intersection de circulation permettant aux qubits de les acheminer de manière très efficace et de les coupler”, a déclaré Hayes, faisant référence à la jonction qui suit l’anneau dans le nouvel arrangement. “Et maintenant que celui-ci fonctionne, nous pensons qu’il devrait être assez simple d’insérer beaucoup de ces éléments en essayant de fermer la fenêtre sur la machine de nouvelle génération et de réellement faire évoluer ces machines jusqu’à un nombre énorme.”
Le développement d’Helios représente un pas en avant significatif dans l’informatique quantique, offrant une puissance et une précision sans précédent pour l’exploration scientifique et ouvrant la voie à de futures percées dans divers domaines.
