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10 octobre 2023

Quantum-centric supercomputer
La prochaine étape de l’informatique quantique

Depuis le début du XXe siècle, l’informatique a profondément changé notre société. Les superordinateurs sont utilisés pour résoudre des problèmes à la fois importants et complexes, tels que les prévisions météorologiques, la recherche sur le climat, les nouveaux matériaux, les structures et interactions moléculaires, les énergies renouvelables et, plus récemment, la recherche de nouveaux médicaments contre des maladies comme la COVID-19.

 


À partir des années 2000, les nouvelles générations de calculateurs haute performance (AI-centric) ont repoussé les limites de l’utilisation de l’apprentissage automatique, permettant aux applications de travailler dans des centaines de langues différentes, en utilisant à la fois du texte, des images et des vidéos. Cette puissance de calcul est actuellement accessible au plus grand nombre, notamment grâce aux progrès du Cloud hybride.

 

Aujourd’hui, le développement de calculateurs quantiques haute-performance, en anglais quantum-centric supercomputer, ouvre la voie à la résolution potentielle de problèmes jusqu’ici insolubles avec les ordinateurs classiques, comme la simulation de phénomènes naturels (matériaux, chimie, physique) ou encore l’analyse de données présentant une structure cachée complexe, ou difficiles à représenter de manière classique (comme les propriétés spectrales, les propriétés des graphes et des groupes ou la sélection de caractéristiques).

 

Le calcul quantique haute-performance permettra également d’accroître considérablement la vitesse de résolution de certains calculs complexes, notamment les algorithmes de recherche et d’optimisation. Bien qu’on ne parle pas d’accélération exponentielle (comme dans le cas de la simulation ou des ensembles de données complexes), les applications quantiques à accélération quadratique pourraient néanmoins aider à réduire les ressources informatiques nécessaires, et ainsi apporter une valeur importante aux entreprises et utilisateurs finaux.

 

Pour réussir la création de ce super ordinateur quantique, IBM s’appuie depuis 2020 sur une feuille de route de développement [https://research.ibm.com/blog/ibm-quantum-roadmap-2025] fiable et démontrée, mise à jour en 2022, comprenant les bases de l’infrastructure nécessaire. Les trois pierres angulaires de cette nouvelle architecture devraient être disponibles et annoncées d’ici fin 2023 :

  • Le processeur « IBM Heron » qui, avec ses 133 qubits, est une refonte complète des générations précédentes (« IBM Eagle » avec 127 qubits et « IBM Osprey » avec 433 qubits qui sont déjà disponibles et accessibles), pour permettre une amélioration très sensible de la qualité des opérations réalisées, mais aussi la compatibilité avec une architecture modulaire.
  • L’IBM Quantum System Two, le nouveau système vainqueur dans la catégorie Innovation by Design 2023 [https://www.fastcompany.com/90924596/ibm-transformed-quantum-computing-into-a-modular-computer] par Fast Company. Ce système modulaire permettra d’héberger jusqu’à trois processeurs quantiques d’IBM dans la même chambre sous vide. Cela ouvrira la porte à une scalabilité très importante au travers de processus de communication quantique et classique.
  • Une couche de middleware dédiée à l’informatique quantique, comprenant les outils pour décomposer une application, réaliser des exécutions en parallèle sur plusieurs processeurs quantiques et ensuite reconstruire des résultats. Là encore, l’objectif est l’efficacité de la solution à une grande échelle. Cette couche est déjà en accès béta au travers de l’IBM Quantum Platform [https://quantum-computing.ibm.com].

Ces trois pierres angulaires de l’architecture quantum-centric ne sont cependant pas les seuls points d’avancement d’IBM ces derniers mois. IBM souhaite apporter une informatique quantique utile dès que possible à ses partenaires privés et publics.

 

L’annonce en juin 2023 du premier datacenter quantique IBM en Europe (ouverture prévue en 2024) pour faciliter l’accès des entreprises, des instituts de recherche et des agences gouvernementales, afin qu’ils explorent la meilleure façon d’appliquer le quantique à leur industrie, est une première avancée.

 

En deuxième avancée, l’article publié en juin 2023 par les chercheurs de l’UC Berkeley et d’IBM dans Nature [https://research.ibm.com/blog/utility-toward-useful-quantum] démontre un chemin réel et pragmatique vers l’utilité de l’informatique quantique à moyen terme. Le processeur IBM Eagle utilisé dans cette démonstration sera ainsi généralisé dans l’ensemble de nos systèmes déployés actuellement, pour permettre à nos partenaires d’identifier dès maintenant les cas d’usage qui seraient trop complexes pour un ordinateur classique.

 

Enfin, IBM poursuit un chemin continu vers l’avantage quantique et l’ordinateur quantique universel à partir des technologies d’aujourd’hui. L’annonce des travaux théoriques autour d’un nouveau type de code de correction d’erreur [https://research.ibm.com/blog/error-correction-codes] en août 2023 permet de se projeter vers l’avenir. Ce nouveau code publié fait partie de la famille de codes de contrôle de parité à faible densité (Low Density Parity Check-Code) et, comparé au code de surface, il présente une réduction de plus de 10 fois du nombre de qubits physiques nécessaire, mais est par ailleurs comparable en termes de résultat, en demandant cependant une architecture matérielle spécifique. Avec ces hypothèses, le niveau de correction d’erreur qui nécessiterait 1 000 à 2 000 qubits pour le code de surface peut être atteint avec seulement 144 qubits dans ce nouveau code.

 

En attendant les futures annonces et réalisations de fin 2023, il est temps pour vous aussi de venir réaliser votre première expérience avec un ordinateur quantique. Que ce soit via Qiskit, le Software Development Kit open source permettant d’accéder aux technologies IBM (mais aussi à celle d’autres acteurs), ou via les accès gratuits aux simulateurs et vraies machines quantiques sur l’IBM Quantum Platform

Pierre JAEGER

Pierre est directeur technique chez IBM, en charge des partenariats stratégiques pour IBM Quantum, principalement sur l’Europe.

Pierre compte plus de 17 ans d’expérience et a débuté sa carrière au CEA dans l’informatique scientifique et les codes parallèles, puis chez CSSI sur les plateformes scientifiques du CEA. Il a ensuite rejoint en 2006 IBM Technology Services pour y occuper un rôle d’IT Specialist, puis d’IT Architect. Sa carrière le mène ensuite vers IBM Systems , où il occupera le poste de responsable technique pour le compte Crédit Agricole. Il prend ensuite la direction des architectes techniques d’IBM Systems France, avant de prendre un poste de Directeur Technique de l’entité IBM Systems France. Depuis juin 2021, Pierre travaille activement au développement des partenariats stratégiques d’IBM Quantum, en particulier dans le domaine de la finance et de la chimie.

Pierre est diplômé Polytech Sorbonne en 2005, spécialité Mathématique et Informatique Numérique.

Auteur

Pierre Jaeger

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