Amazon Web Services est le troisième des trois grands géants du cloud computing à annoncer en quelques semaines une percée dans le domaine des puces quantiques, après Microsoft la semaine dernière et Google en décembre.
Les chercheurs d’Amazon affirment que leur puce, Ocelot, peut être beaucoup plus efficace dans l’utilisation des qubits, l’élément fondamental de l’informatique quantique. Et ce dans une approche semblable à celle des transistors des puces traditionnelles.
Dans un article publié cette semaine dans la revue Nature, Harald Putterman, du Centre AWS pour l’informatique quantique d’Amazon à Pasadena (Californie), et ses collègues expliquent comment l’utilisation de circuits analogiques, plutôt que des uns et des zéros numériques, peut réduire considérablement le nombre de qubits physiques nécessaires pour une puce quantique fonctionnelle.
Quelles différences entre les recherches de AWS, Google et Microsoft ?
Un billet de blog d’Amazon explique plus en détail la recherche dans un langage plus simple que celui de l’article de Nature.
Cette nouveauté fait suite à l’annonce, la semaine dernière, par Microsoft de sa puce Majorana 1 et à l’annonce, en décembre, par Google de sa puce Willow. Ces trois équipes de recherche sont confrontées au problème central des puces quantiques : comment regrouper suffisamment de qubits physiques pour que leurs erreurs individuelles de chacun s’annulent et produisent un « qubit logique » fiable et vérifiable pouvant être utilisé pour des opérations de calcul telles que l’addition de nombres.
La différence entre les trois recherches réside dans les types de qubits physiques qu’ils choisissent comme étant les plus efficaces pour obtenir le qubit logique.
- Le Willow de Google est un matériau supraconducteur relativement standard
- Le Majorana 1 de Microsoft utilise des particules exotiques de majarona qui sont une combinaison de matière et d’antimatière
- Putterman et son équipe prétendent démontrer que leur approche est meilleure que les autres en utilisant ce que l’on appelle des « qubits de chat »
Un qubit analogique n’est pas compté, mais mesuré
« Ocelot représente notre première puce avec l’architecture cat qubit et un premier test de son adéquation en tant que bloc de construction fondamental pour la mise en œuvre de la correction d’erreur quantique », peut-on lire dans le billet de blog d’AWS.
Un qubit de chat, nommé d’après le célèbre chat domestique – alias le chat de Schrödinger – qui, dans les expériences quantiques, est soit vivant soit mort à l’intérieur d’une boîte, est un qubit analogique plutôt qu’un qubit numérique qui compose la plupart des puces quantiques. Un qubit analogique n’est pas compté, comme les uns et les zéros numériques, mais mesuré en tant que valeur continue, comme une onde. Dans ce cas, la valeur est l’amplitude d’une collection de photons piégés dans un guide d’ondes lumineuses.
L’ocelot est un chat sauvage originaire du sud-ouest des États-Unis et d’Amérique du Sud. Le nom de la puce est donc un joli jeu de mots sur les chats domestiques et les qubits de chat.
Analogue à la façon dont les transistors en silicium ont révolutionné la puce informatique
Des scientifiques tels que John Preskill de l’UCLA ont exploré l’informatique analogique quantique il y a plus de 20 ans comme moyen plus efficace de fabriquer un qubit. L’équipe Ocelot fonde son approche sur des expériences décrites en 2019 par une équipe de chercheurs de l’Inria, l’Institut national de recherche en sciences et technologies du numérique en France.
Putterman et son équipe affirment que la mesure des qubits de chat permet de réaliser la correction d’erreur quantique « avec moins d’un cinquième du nombre de qubits – cinq qubits de données et quatre qubits d’ancilla, contre 49 qubits pour un dispositif de code de surface [c’est-à-dire un dispositif de qubits numériques traditionnel] ».
Un qubit plus efficace est analogue à la façon dont les transistors en silicium ont révolutionné la puce informatique, affirme AWS. « L’histoire de l’informatique montre que la mise à l’échelle du bon composant peut avoir des conséquences considérables sur le coût, les performances et même la faisabilité », peut-on lire dans le billet de blog. « La révolution informatique a véritablement pris son essor lorsque le transistor a remplacé le tube à vide en tant qu’élément fondamental à mettre à l’échelle ».
La puce Ocelot ne contient que cinq qubits de chat
Le choix d’utiliser l’analogique plutôt que le numérique fait partie d’un domaine parallèle de l’électronique qui vise à extraire les avantages de l’informatique analogique plutôt que numérique. En mesurant plutôt qu’en comptant, l’analogique présente des avantages par rapport aux puces numériques. Comme la manipulation de variables qu’il serait laborieux de compter. Et la manipulation de variables qui peuvent avoir des valeurs floues.
Dans sa version actuelle, la puce Ocelot ne contient que cinq qubits de chat. Cela n’est pas suffisant pour effectuer des opérations logiques réelles, mais suffisant pour stocker un bit quantique d’information.
Malgré les difficultés liées à l’analogique, les chercheurs d’Amazon AWS – comme ceux de Google et de Microsoft – pensent avoir trouvé le bon qubit pour fabriquer suffisamment de qubits sur une puce afin d’assembler un jour un ordinateur fonctionnel.
« Nous pensons que l’architecture d’Ocelot, avec son approche matérielle efficace de la correction des erreurs, nous place en bonne position pour aborder la prochaine phase de l’informatique quantique : apprendre à passer à l’échelle », peut-on lire dans le billet de blog. « L’utilisation d’une approche matérielle efficace nous permettra d’obtenir plus rapidement et à moindre coût un ordinateur quantique à correction d’erreurs qui profitera à la société.