Atom Computing est le premier à annoncer un ordinateur quantique de plus de 1 000 qubits Ars Technica

Aujourd’hui, une startup appelée Atom Computing a annoncé qu’elle avait effectué des tests internes sur un ordinateur quantique de 1 180 qubits et qu’elle le mettrait à la disposition de ses clients l’année prochaine. Le système représente une avancée majeure pour l’entreprise, qui n’avait construit auparavant qu’un seul système basé sur des qubits d’atomes neutres, un système fonctionnant avec seulement 100 qubits.

Le taux d’erreur pour les opérations de qubits individuelles est suffisamment élevé pour qu’il ne soit pas possible d’exécuter un algorithme qui s’appuie sur le nombre total de qubits sans qu’il échoue en raison d’une erreur. Mais cela confirme les affirmations de l’entreprise selon lesquelles sa technologie peut évoluer rapidement et fournit un banc d’essai pour les travaux sur la correction des erreurs quantiques. Et, pour les algorithmes plus petits, la société affirme qu’elle exécutera simplement plusieurs instances en parallèle pour augmenter les chances de renvoyer la bonne réponse.

Calculer avec des atomes

Atom Computing, comme son nom l’indique, a choisi les atomes neutres comme qubit de choix (il existe d’autres sociétés qui travaillent avec des ions). Ces systèmes s’appuient sur un ensemble de lasers qui créent une série d’emplacements énergétiquement favorables aux atomes. Laissés à eux-mêmes, les atomes auront tendance à tomber dans ces endroits et à y rester jusqu’à ce qu’un atome de gaz égaré les heurte et les assomme.

Étant donné que les emplacements des atomes sont définis par la configuration des lasers, il est possible de les adresser individuellement. L’information quantique est stockée dans le spin nucléaire, qui est relativement imperméable à l’environnement. Alors que d’autres types de qubits ont des durées de vie de cohérence qui ne représentent qu’une fraction de seconde, les atomes neutres conservent souvent leur état pendant des dizaines de secondes. Étant donné que le spin nucléaire n’interagit pas facilement avec l’environnement, il est possible de regrouper les atomes les uns dans les autres, permettant ainsi un système relativement dense.

Il est cependant possible de manipuler les atomes pour qu’ils puissent interagir et s’emmêler. Cela fonctionne grâce à ce qu’on appelle un blocus de Rydberg, qui interdit les interactions à moins que deux atomes ne soient à une distance définie et soient tous deux dans l’état de Rydberg, dans lequel leurs électrons les plus externes ne sont que faiblement liés et orbitent à une grande distance du noyau. En plaçant les bonnes paires d’atomes dans l’état de Rydberg (ce qui peut également être réalisé avec des lasers), il est possible de les intriguer. Et comme les lasers permettent de contrôler la localisation d’atomes individuels, il est possible d’en emmêler deux.

Étant donné que ce système permet aux atomes d’être regroupés de manière relativement serrée, Atom Computing affirme que le système est bien placé pour évoluer rapidement. Contrairement à des systèmes tels que les transmons, où de petites différences dans la fabrication des dispositifs conduisent à des qubits présentant de légères variations de performances, chaque atome piégé est assuré de se comporter de la même manière. Et comme les atomes ne s’engagent pas dans des interférences à moins d’être manipulés, il est possible d’en regrouper un grand nombre dans un espace relativement petit.

Selon les dirigeants de l’entreprise, ces deux facteurs signifient que les atomes neutres sont bien placés pour atteindre un grand nombre de qubits. Son système original, mis en ligne en 2021, était une grille de 1010 atomes (bien que des arrangements tridimensionnels soient également possibles). Et lorsqu’ils ont parlé à Ars il y a un an, ils ont mentionné qu’ils espéraient faire évoluer leur système de nouvelle génération d’un ordre de grandeur, même s’ils n’ont pas précisé quand ils s’attendaient à ce qu’il soit prêt.

C’est presque prêt

Atom Computing utilise désormais le système en interne et prévoit de l’ouvrir au public l’année prochaine. Le système est passé d’une grille de 1 010 à une grille de 3 535, portant le nombre de sites potentiels pour les atomes à 1 225. Jusqu’à présent, les tests ont eu lieu avec jusqu’à 1 180 atomes présents, ce qui en fait la plus grande machine jamais reconnue publiquement (au moins en termes de nombre de qubits).

Les qubits sont logés dans une boîte de 125 pieds qui contient les lasers et les optiques, ainsi que le système de vide et un peu d’espace inutilisé, Rob Hayes, PDG d’Atom, a plaisanté en disant qu ‘ »il y a beaucoup d’air à l’intérieur de cette boîte ». Il ne contient cependant pas le matériel informatique qui contrôle le système et ses opérations. En revanche, la grille d’atomes qu’elle est utilisée pour créer ne mesure qu’environ 100 microns de chaque côté, elle ne mettra donc pas le matériel à rude épreuve pour continuer à augmenter le nombre de qubits.

Certains des changements apportés à ce système par rapport à la première tentative d’Atom étaient axés sur la gestion de la transition d’un système de recherche qui était le plus utile pour les personnes apprenant à gérer l’informatique quantique basée sur l’atome, à un système offrant la stabilité nécessaire pour les clients plus intéressés. dans les algorithmes qui peuvent y être exécutés. « Nous avons également ajouté une technologie autour de la disponibilité et de la disponibilité pour en faire un véritable produit, un véritable service cloud », a déclaré Hayes.

C’est un défi supplémentaire avec les systèmes basés sur des atomes en raison du caractère inévitable des collisions entre les atomes piégés et les molécules de gaz parasites dans la chambre à vide. Ben Bloom, fondateur et directeur technique d’Atom, a déclaré qu’un ensemble d’atomes peut généralement être maintenu pendant plus de 100 secondes. Cela suffit pour de nombreux calculs, mais cela signifie néanmoins que le système dans son ensemble doit être réinitialisé régulièrement.

Cependant, comme mentionné précédemment, les clients de ce système ne pourront pas utiliser tous ces qubits pour un seul calcul. Il devient alors inévitable qu’une erreur se produise. Pour l’instant, l’accent est donc mis sur l’exécution d’algorithmes nécessitant moins de qubits et d’opérations. Cela maintient les choses sous le seuil d’erreur tout en permettant aux entreprises de développer des algorithmes qui deviendront utiles à mesure que les ordinateurs quantiques s’amélioreront ou éventuellement de trouver des cas individuels où le matériel existant est suffisant pour fournir des résultats utiles.

Ces types de calculs sont souvent exécutés plusieurs fois afin de garantir la confiance dans les résultats et d’avoir une idée du taux d’erreur. Et ici, le nombre élevé de qubits peut également être utile. « En fait, nous allons simplement utiliser tous ces qubits, car ils sont tous identiques pour paralléliser le calcul », a déclaré Bloom. « Donc, si quelqu’un nous remet un algorithme de 50 qubits, nous appliquerons cet algorithme de 50 qubits sur tous nos qubits, et nous vous donnerons ensuite les résultats plus rapidement. »

Une question d’échelle

Mais l’objectif principal était simplement de mettre à l’échelle le nombre de qubits afin que la correction des erreurs quantiques devienne possible. Les schémas de correction d’erreurs impliquent généralement de répartir un seul qubit logique sur plusieurs qubits matériels et nécessitent donc beaucoup plus de ce matériel. « Notre objectif est de faire en sorte qu’un système unique ait un nombre utile de qubits », a déclaré Bloom à Ars. « Et pour nous, cela signifie probablement des centaines de milliers, voire des millions de qubits dans un seul système. »

L’une des fonctionnalités nécessaires à la correction des erreurs a déjà été démontrée sur le matériel Atom Computing. Ils ont déjà effectué des mesures non perturbatrices de leurs atomes alors qu’ils étaient en plein calcul, ce qui est nécessaire pour reconnaître et corriger les erreurs.

Mais d’autres choses sont encore en évolution. Dans la version précédente du système, les connexions entre les qubits étaient gérées en déplaçant les atomes individuels les uns à côté des autres afin de les enchevêtrer. Mais le processus de déplacement pourrait s’avérer être un goulot d’étranglement alors que le nombre de qubits continue d’augmenter. « Agir en ce moment est plus lent que notre [qubit operations] », a déclaré Bloom à Ars. « Et donc si vous entrez dans un monde où vous effectuez des corrections d’erreurs, je pense que vous devrez bénéficier d’un énorme avantage pour compenser le coût du déménagement. »

Un qubit corrigé des erreurs peut également prendre diverses formes, basées sur différentes configurations des qubits matériels sous-jacents. Les premiers efforts ont généralement été testés sur du matériel doté de tableaux bidimensionnels de qubits. Mais il est également possible d’utiliser des schémas tridimensionnels et, avec la bonne configuration de lasers, le matériel d’Atom pourrait prendre en charge les réseaux 3D. « En général, la 3D présente de nombreux avantages », a déclaré Blom. « Il s’agit, encore une fois, de déterminer soigneusement le délai de mise en œuvre des algorithmes tolérants aux pannes et de comprendre si les compromis valent la complexité. »

L’un des objectifs du nouveau système est de commencer à comprendre ces problèmes. Parallèlement, la société s’efforce également de garantir que l’architecture puisse continuer à évoluer vers un nombre de qubits toujours plus élevé. À cet égard, la société a reçu de bonnes nouvelles sous la forme de trois articles publiés dans Nature la semaine dernière. Tous présentaient des systèmes similaires fonctionnant avec une haute fidélité. Et Bloom a déclaré que, pour la première fois, le bruit restant n’était pas dû aux lasers qui font fonctionner le système.

« Ce qui a retenu les atomes neutres, jusqu’à ce que ces articles soient publiés, c’était simplement tous les éléments classiques que nous utilisons pour contrôler les atomes neutres », a déclaré Bloom. « Et ce que cela a essentiellement montré, c’est que si vous pouvez travailler sur des travaux classiques avec des sociétés d’ingénierie, travailler avec des fabricants de laser (ce que nous faisons), vous pouvez réellement réduire tout ce bruit. Et maintenant, tout d’un coup, vous vous retrouvez avec ce système quantique incroyablement, incroyablement pur. »

Pour Atom lui-même, le passage de 100 à 1 000 qubits s’est fait sans augmenter significativement la puissance laser requise. Il sera ainsi plus facile de continuer à augmenter le nombre de qubits. Et Bloom ajoute : « Nous pensons que le nombre de défis auxquels nous avons dû faire face pour passer de 100 à 1 000 est probablement beaucoup plus élevé que le nombre de défis auxquels nous serons confrontés lorsque nous passerons à 10 000 prochains, comme nous le souhaitons. » 100 000. »

Correction : L’article originala mal orthographié le nom de famille du fondateur d’Atom et le moment de la disponibilité publique était erroné.