Microsoft et Atom Computing s'apprêtent à lancer un ordinateur quantique commercial en 2025

Avec le plus grand nombre de qubits logiques enchevêtrés jamais enregistré, selon Microsoft

Microsoft et Atom Computing proposeront une machine quantique commerciale dotée du plus grand nombre de qubits logiques intriqués jamais enregistré en 2025. Pour permettre un calcul quantique fiable, Microsoft a développé la plateforme de calcul Azure Quantum et la combine avec les Qubits à atomes neutres d'Atom Computing. Selon Microsoft, la nouvelle offre est une suite scientifique complète qui combine des qubits logiques, le HPC cloud et des modèles d'IA avancés pour accélérer le rythme de la recherche et de la découverte scientifiques.

Jusqu'à présent, l'informatique quantique a toujours été à l'horizon, mais toujours hors de portée. Ce novembre 2024, Microsoft, en partenariat avec Atom Computing, a profité de la conférence Ignite pour annoncer une percée dans le domaine de l'informatique quantique qui, selon eux, leur permettra de livrer des ordinateurs quantiques basés sur cette technologie à des clients commerciaux l'année prochaine. Ces machines comporteront plus de 1 000 qubits physiques.

Un qubit est un bit qui peut exister dans plusieurs états en même temps. Le problème, c'est qu'il faut un niveau élevé de correction d'erreurs pour le rendre utile, de sorte que jusqu'à présent, le nombre de qubits que l'on pouvait avoir en pratique était limité. Microsoft et Atom ont ainsi créé des qubits "logiques", 20 d'entre eux, à partir de 80 qubits physiques. Les qubits logiques sont capables de produire une solution plus précise que le calcul correspondant basé sur les qubits physiques. La capacité de calculer tout en détectant et en corrigeant les erreurs est un élément essentiel de la mise à l'échelle pour obtenir un avantage quantique scientifique.

Pour permettre un calcul quantique fiable, Microsoft a développé la plateforme de calcul Azure Quantum. Cette plateforme combine des unités de traitement quantique (QPU) de partenaires matériels avec le système de virtualisation de qubits de Microsoft pour créer des qubits logiques en détectant et en corrigeant les erreurs inhérentes aux qubits physiques, permettant ainsi un calcul quantique fiable.

La plateforme de calcul Azure Quantum offre des fonctionnalités fiables, sécurisées et évolutives afin que les clients puissent pérenniser leur investissement en conservant l'accès à des capacités quantiques de pointe au fur et à mesure que la technologie quantique sous-jacente continue de progresser. Microsoft et Atom proposent un ordinateur quantique fiable de pointe, construit à partir du matériel à atomes neutres d'Atom et du système de virtualisation de qubits de Microsoft, et qui s'intègre à Azure Elements.

L'offre est une suite scientifique complète qui combine des qubits logiques, le HPC cloud et des modèles d'IA avancés qui, ensemble, permettent l'exploration dans de multiples domaines, y compris la chimie et la science des matériaux, tout en offrant des possibilités de qualification et d'éducation. Cela permettra également la création de nouveaux ensembles de données par l'ordinateur quantique qui peuvent être utilisés pour former des modèles d'IA afin d'améliorer les performances ou la précision.

Microsoft commente l'annonce :


Qubits à atomes neutres d'Atom Computing

Dans l'industrie de l'informatique quantique, de nombreux types de qubits physiques sont explorés en tant que voies potentielles vers le supercalculateur hybride quantique-classique. Mais tous les types de qubits ne permettent pas la correction d'erreur quantique nécessaire pour rendre l'informatique quantique plus fiable. Et sans calcul quantique fiable, il est peu probable que l'on parvienne à trouver des solutions valables à des problèmes classiques difficiles à résoudre. Il est essentiel de passer du calcul avec des qubits physiques bruyants au fonctionnement avec des qubits logiques fiables.

Un type de qubit qui ouvre des perspectives pour un calcul quantique plus fiable, avec des qubits logiques plus nombreux et de meilleure qualité, est basé sur les atomes neutres. Atom Computing utilise des atomes neutres comme qubits pour stocker et traiter des informations quantiques en les manipulant à l'aide d'impulsions lumineuses. Par rapport à d'autres technologies de qubits, les atomes neutres présentent plusieurs avantages, notamment la possibilité d'être étroitement regroupés en réseaux tout en étant maintenus en place par des lasers, ainsi que la possibilité d'être déplacés afin d'interagir avec d'autres atomes pour permettre une connectivité de tous à tous.

Les atomes neutres sont également peu sensibles au bruit et présentent une fidélité élevée, nécessaire au bon fonctionnement de la correction quantique des erreurs. En raison de leur absence de charge, les atomes neutres peuvent être espacés de quelques microns (millionièmes de mètre) seulement. Ainsi, les réseaux atomiques peuvent accueillir un grand nombre d'atomes neutres, dont chacun sert de qubit physique, dans un espace réduit, ce qui offre une grande évolutivité.

Atom Computing a récemment annoncé qu'elle avait atteint une fidélité de 99,6 % pour les portes à deux qubits, ce qui représente la plus grande fidélité des qubits à atomes neutres dans un
système commercial et permet d'effectuer des corrections d'erreurs significatives. Les qubits présentant des taux d'erreur aussi faibles et une connectivité totale sont des candidats de choix pour le système personnalisé de virtualisation des qubits de Microsoft, qui crée des qubits logiques et permet de détecter et de corriger les erreurs tout en effectuant des calculs quantiques fiables.

Plate-forme de calcul Azure Quantum

Pour permettre un calcul quantique fiable, Microsoft a développé la plateforme de calcul Azure Quantum. Cette plateforme combine le système avancé de virtualisation des qubits de Microsoft avec les unités de traitement quantique (QPU) de ces partenaires matériels pour créer des qubits logiques en détectant et en corrigeant les erreurs inhérentes aux qubits physiques de la QPU, ce qui permet de réaliser un calcul quantique fiable.

Le système de virtualisation des qubits de Microsoft est un composant essentiel de la plateforme de calcul Azure Quantum et s'appuie sur les innovations de Microsoft en matière de correction d'erreurs quantiques. Il offre une correction d'erreur quantique de haute performance, adaptée au QPU sous-jacent et peut être appliqué à une variété de types de QPU. La collaboration entre Microsoft et Atom Computing dans la conception d'ordinateur quantique devrait permettre une correction d'erreur quantique plus rapide, plus avancée et plus efficace dans le cadre du système de virtualisation des qubits.


Création et enchevêtrement de qubits logiques

Pour permettre des calculs quantiques complexes, les qubits doivent répondre à plusieurs critères. Les qubits physiques doivent avoir des taux d'erreur suffisamment faibles pour permettre la détection et la correction d'erreurs, de sorte qu'ils puissent être utilisés pour créer des qubits logiques fiables. Ces qubits logiques doivent ensuite être capables non seulement d'être enchevêtrés, mais aussi de subir de nombreuses opérations logiques sans défaillance pour permettre des solutions réussies à des calculs complexes.

En appliquant le système de virtualisation des qubits de Microsoft aux qubits d'atomes neutres d'Atom Computing, les équipes ont créé 24 qubits logiques et les ont intriqués dans un état de chat, ou état de Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ), ce qui représente, selon Microsoft, le plus grand nombre de qubits logiques intriqués jamais enregistré. L'intrication des qubits est attestée par le fait que leur taux d'erreur est nettement inférieur au seuil d'intrication de 50 %.

Lorsque l'on utilise des atomes neutres comme qubits et que l'on tente de les maintenir en place à l'aide de lasers, certains atomes peuvent encore se perdre, ce qui entraîne la perte du qubit et de son information quantique. Les équipes ont donc pris des mesures non seulement pour détecter les erreurs, mais aussi pour détecter et corriger les pertes de qubits d'atomes neutres au cours des expériences.

Après avoir créé des qubits logiques à partir d'atomes neutres et détecté les erreurs et les pertes, le taux d'erreur dans les qubits logiques était de 10,2 %, soit 4,1 fois mieux que le taux d'erreur physique de référence de 42 %. Lorsque les erreurs ont été détectées et que les pertes ont été détectées et corrigées, le taux d'erreur était de 26,6 %, soit 1,6 fois plus que le taux d'erreur physique. Pour Microsoft, il s'agit de la première démonstration jamais réalisée de la correction des pertes dans un système commercial à atomes neutres.

Vingt-huit (28) qubits logiques, créés à partir de 112 qubits physiques, ont été utilisés pour effectuer des calculs basés sur l'algorithme de Bernstein-Vazirani. En outre, les qubits logiques ont pu produire une solution plus précise que le calcul correspondant basé sur les qubits physiques. La capacité de calculer tout en détectant et en corrigeant les erreurs est un élément essentiel de la mise à l'échelle pour obtenir un avantage quantique scientifique.


Offre commerciale de Microsoft et Atom Computing

Microsoft et Atom Computing proposent un ordinateur quantique fiable de pointe, construit à partir du matériel à atomes neutres d'Atom et du système de virtualisation des qubits de Microsoft, et qui s'intègre à Azure Elements. Cette offre est une suite scientifique complète qui combine des qubits logiques, du HPC Cloud et des modèles d'IA avancés qui, ensemble, permettent l'exploration dans de multiples domaines, notamment la chimie et la science des matériaux, tout en offrant des possibilités de qualification et d'éducation.

Azure Elements, qui est inclus dans l'offre, utilise l'IA et le calcul haute performance cloud (HPC) pour accélérer le rythme de la recherche et de la découverte scientifiques. Les capacités d'Azure Elements comprennent Generative Chemistry, qui apporte la puissance de l'IA générative à la recherche en chimie pour permettre la découverte rapide de molécules nouvelles, synthétisables et utiles. En outre, Accelerated DFT offre une augmentation substantielle de la vitesse par rapport à d'autres codes DFT (théorie fonctionnelle de la densité) pour la modélisation des propriétés mécaniques quantiques. Ces fonctionnalités conviviales d'Azure Elements, ainsi que d'autres, augmentent la productivité de la recherche scientifique, en particulier lorsqu'elles sont associées aux capacités quantiques de la plateforme de calcul Azure Quantum.

Cette suite, proposée par Microsoft et Atom Computing, permettra non seulement d'explorer les applications quantiques, mais aussi de créer de nouveaux ensembles de données par l'ordinateur quantique, qui pourront être utilisés pour former des modèles d'intelligence artificielle afin d'en améliorer les performances ou la précision. Bien que l'offre vise la découverte scientifique, il est également possible d'explorer comment les capacités quantiques peuvent apporter des solutions à des problèmes complexes dans d'autres secteurs.

Ben Bloom, fondateur et PDG d'Atom Computing, commente :

Conclusion

En juin 2023, Microsoft avait présenté sa feuille de route pour la construction de son propre superordinateur quantique, utilisant les qubits logiques sur lesquels les chercheurs de l'entreprise travaillent depuis plusieurs années. À l'époque, l'entreprise pensait qu'il faudrait moins de dix ans pour construire un superordinateur quantique utilisant ces qubits et capable d'effectuer de manière fiable un million d'opérations quantiques par seconde. Ainsi, cette annonce s'inscrit dans la lignée des plans de Microsoft.

Source : Microsoft

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