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Sur le marché naissant des ordinateurs quantiques et du Quantum Computing, deux principales technologies sont en concurrence : les boucles supraconductrices, et les pièges à ions. Découvrez les avantages et les inconvénients de chacune, et laquelle est la plus prometteuse pour le futur…
Depuis maintenant près de 10 ans, le Quantum Computing (informatique quantique) a quitté le stade de simple théorie pour devenir une technologie concrète. Toutefois, depuis le départ, une seule approche a été privilégiée : celle des boucles supraconductrices.
Les ordinateurs quantiques d'Intel et IBM reposent sur les supraconducteurs. C'est aussi cette technologie qui a permis à Google d'atteindre » la suprématie quantique » en 2019.
Cependant, depuis peu, plusieurs acteurs du marché se tournent vers une autre approche : les ions piégés. Plus tôt en 2020, Honeywell a lancé le premier ordinateur quantique utilisant des ions piégés. Cette machine est le fruit de plus d'une décennie de travail.
En octobre dernier, l'entreprise basée en Caroline du Nord a dévoilé une version mise à jour de sa machine. En parallèle, la firme IonQ, créée par l'Université du Marlyand, a également annoncé un ordinateur à ions piégés capable de rivaliser avec ceux d'IBM et Google.
D'autres organisations, comme Universal Quantum au Royaume-Uni ou Alpine Quantum Technology en Autriche développent également des projets basés sur les ions piégés. Ces deux approches de l'informatique quantique sont donc désormais en rivalité.
Quantum Computing : qu'est-ce que les pièges à ions ?
En réalité, les ordinateurs quantiques à ions piégés existaient avant les boucles supraconductrices. Le premier circuit quantique, créé en 1951, reposait sur cette technique. Ce n'est toutefois qu'aujourd'hui qu'elle est suffisamment viable pour l'envisager dans les systèmes commerciaux.
Pour rappel, un ordinateur classique stocke les informations de manière binaire sous forme de bits (1 et 0). Les ordinateurs quantiques, eux, les stockent sous forme de » qubits » ou bits quantiques superposant les 1 et les 0. C'est ce qui permet aux ordinateurs quantiques de traiter des opérations de calcul massif impossible à effectuer sur un ordinateur classique.
N'importe quel système permettant deux états mécaniques quantiques peut former un qubit. C'est le cas des oscillations dans une boucle supraconductrice, ou des niveaux d'énergies d'un ion.
Un ordinateur reposant sur les pièges à ions stocke les informations dans les niveaux d'énergie d'atomes individuellement chargés dans un champ électrique. C'est ainsi que sont formés les qubits.
Toutefois, un ordinateur quantique nécessite des millions de qubits contrôlables individuellement, et ces qubits doivent aussi être de qualité et correctement connectés les uns aux autres. Chaque approche présente donc des avantages et des inconvénients.
Comment mesurer la puissance d'un ordinateur quantique ?
Longtemps, les laboratoires ont été en compétition pour créer l'ordinateur quantique avec le plus de qubits. Cependant, ce seul critère ne suffit pas à évaluer les performances d'un ordinateur quantique.
En juin 2020, Honeywell a affirmé avoir créé l'ordinateur quantique le plus puissant en mesurant son » volume quantique « . Cette métrique prend en compte le nombre de qubits, mais aussi la connectivité entre eux, le » bruit » et le taux d'erreur afin d'évaluer la complexité des problèmes que la machine peut résoudre.
Ainsi, l'ordinateur d'Honeywell a un volume quantique de 64. À l'époque, en comparaison, la machine la plus avancée d'IBM se contentait d'un volume quantique 32. Néanmoins, le volume quantique ne permet toujours pas de mesurer pleinement les performances d'un » quantum computer « .
Les comparaisons frontales ne sont pas toujours pertinentes non plus, puisque les performances dépendent aussi de la tâche à effectuer. De manière générale, il est donc préférable de prendre les » records du monde » des entreprises de l'informatique quantique avec des pincettes.
À ce jour, le meilleur moyen de mesurer la puissance d'un ordinateur quantique est d'évaluer sa capacité à surpasser une machine classique dans la résolution d'un problème concret. Cet » avantage quantique » est en effet ce qui fait le véritable intérêt d'un tel système…
Pièges à ions VS supraconducteurs
Au fil des dernières années, d'importants progrès ont été réalisés dans le domaine des boucles supraconductrices. Cette approche a profité de sa popularité auprès de nombreuses entreprises, notamment parce que ses composants basiques sont compatibles avec les technologies de puces traditionnelles.
Toutefois, les pièges à ions présentent plusieurs avantages. Les ordinateurs quantiques basés sur cette approche sont moins enclins à commettre des erreurs, et les états quantiques des ions individuels durent plus longtemps que ceux des qubits basés sur la supraconduction.
En outre, les qubits à supraconduction tendent à interagir uniquement avec leurs plus proches voisins. De leur côté, les ions piégés peuvent interagir plus librement, ce qui permet d'effectuer plus facilement des calculs complexes.
En revanche, les interactions entre ions piégés sont plus lentes. Il est donc plus difficile de tenir compte des erreurs d'un système en temps réel. Le nombre d'ions dans un seul piège est par ailleurs limité.
Par exemple, le dernier modèle de IonQ contient 32 ions piégés sur une chaîne. Pour provoquer une interaction entre deux ions, on utilise des lasers. Pour pouvoir étendre son système à plusieurs centaines de qubits, IonQ prévoit de lier de multiples chaînes à l'aide de photons. La firme compte ainsi doubler chaque année le nombre de qubits de ses machines.
Le défi à relever est de parvenir à conserver la qualité et la précision des qubits en en contrôlant des dizaines voire des centaines simultanément. Pour l'heure, ni Honeywell ni IonQ n'y sont parvenus.
Pour l'heure, il est impossible de déterminer laquelle de ces deux technologies est la plus performante ou la plus adéquate pour le futur du Quantum Computing. Sur le long terme, il est possible que des ordinateurs quantiques adoptent une approche hybride, ou que différentes plateformes soient utilisées pour différentes tâches…
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