L’affirmation est audacieuse : IonQ vise à déployer 2 millions de qubits d’ici 2030, une ambition qui remodèlerait l’échiquier du calcul quantique. Le développement de ces technologies représente une rupture potentielle pour de nombreux secteurs qui vont de la pharmacie à la finance. Voyons cette entreprise et son défi de plus près.

IonQ, un leader de l’informatique quantique

La société a été fondée en 2015 à College Park, dans le Maryland. Cette entreprise américaine est spécialisée dans le matériel et les logiciels pour l’informatique quantique. Coté à la bourse de Wall Street, (NYSE : IONQ), la société dispose d’une capacité d’investissement importante. A la date de ce dossier, l’action IONQ est de 47 dollars.

La firme valorisée à 16,6 milliards de dollars USD est née d’une collaboration entre deux sommités du domaine, notamment le Pr Christopher Monroe de l’Université du Maryland. Ce professeur est une figure clé des ions piégés depuis les années 1990. L’autre co-fondateur, le Pr Jungsang Kim de l’Université Duke, est aussi un expert en photonique.

Cette fondation académique procure à IonQ l’usage de décennies de recherche fondamentale. Les travaux théoriques et expérimentaux du Prix Nobel David Wineland sont aussi inclus dans le capital de connaissance de l’entreprise. Par ailleurs, l’ambition de cette marque reste facile à comprendre : développer des ordinateurs quantiques universels.

Les systèmes quantiques appliqués en informatique sont donc basés sur les ions piégés (Trapped Ions). Ce choix technologique est un pivot stratégique. Les éléments piégés sont considérés comme le système physique le plus propre pour héberger des qubits. L’objectif commercial de la société est de fournir des solutions quantiques complètes. Elle propose ses machines via le cloud à des entreprises. Ces entreprises cherchent à résoudre des problèmes complexes inaccessibles aux supercalculateurs classiques actuellement disponibles.

Ordinateurs basés avec la précision atomique

Imaginez les ordinateurs quantiques de IonQ fonctionnent comme de minuscules billards atomiques. Au cœur de leur technologie, ils utilisent des ions d’Ytterbium ou de Barium. Chaque atome joue le rôle d’une brique de base, appelée qubit ou bit quantique . Au lieu d’utiliser seulement le « 0 » ou le « 1 » des ordinateurs classiques, ces cubes atomiques peuvent être les deux en même temps.

Pour les maintenir parfaitement en place, IonQ utilise des sortes de « pinces invisibles ». Ce sont, en pratique, des champs électriques très précis qui les piègent au centre d’une puce. Ces atomes forment alors une ligne stable, comme des perles sur un collier. Toutes les opérations de calcul se font ensuite avec de la lumière.

Des lasers ultra-précis agissent comme des doigts numériques pour manipuler l’état de chaque atome. C’est ainsi que se créent les « portes quantiques », l’équivalent des opérations logiques d’un processeur classique. L’avantage majeur de cette méthode est que tous les atomes peuvent « communiquer » entre eux instantanément, sans avoir besoin d’étapes intermédiaires compliquées. C’est ce qu’on appelle la connectivité totale.

IonQ a établi une feuille de route agressive et se met au défi de déployer 2 millions de qubits d’ici 2030. Cet objectif audacieux remodèlerait l’échiquier du calcul quantique. Actuellement IonQ Forte Enterprise  reste le système le plus performant commercialement disponible, doté de 36 qubits physiques. (68 milliards de fois plus puissant qu’un PC classique sous core i9)

Quels usages concrets pour les solutions développées par IonQ ?

Les ordinateurs quantiques d’IonQ ciblent des problèmes de calcul d’une complexité extrême pour la science. Le système surpasse ainsi les supercalculateurs classiques sur des tâches précises et les performances varient d’un domaine à l’autre.

Logistique et transport. IonQ collabore avec la société suédoise Einride. Ce partenariat vise à optimiser la gestion des flottes de véhicules autonomes et électriques, ainsi que la planification logistique à grande échelle. L’efficacité des itinéraires peut alors être multipliée par 20.

Chimie et matériaux. Dans le domaine de la science des matériaux, IonQ a montré, en collaboration avec Hyundai Automotive, la capacité de générer des images synthétiques de microstructures d’acier. Ces images soutiennent la recherche sans nécessiter une grande quantité de données expérimentales réelles. Le volume de données physiques peut ainsi être réduit de 90%.

Biotechnologie et santé. Un partenariat stratégique avec le CCRM (Centre canadien de médecine régénérative) vise à accélérer le développement de thérapies avancées grâce à la biotechnologie quantique.

Intelligence artificielle. Des recherches ont intégré des circuits quantiques directement dans des modèles de langage (Large Language Models ou LLM). Cette approche améliore l’exactitude de la classification des données et dépasse les méthodes classiques sur certains points, avec une précision supérieure de 50%.

Quels prix pour IonQ ?

L’accès à la puissance de calcul de cette entreprise passe via le modèle Quantum Cloud-as-a-Service. Cette approche supprime le coût d’achat du matériel quantique. Le matériel peut s’élever à plusieurs millions de dollars pour un système sur site, par exemple. La technologie est ainsi accessible aux entreprises. 

IonQ a rendu ses machines accessibles via les plateformes de cloud principales. Il s’agit de Microsoft Azure Quantum et d’Amazon Braket. Ces partenariats sont stratégiques. Ils intègrent l’offre de la société dans des écosystèmes familiers. Les utilisateurs gèrent leurs ressources quantiques dans un même environnement. Pour aller plus loin, je vous recommande delire l’article intitulé « L’IA quantique : Une révolution technologique à l’horizon« 

La tarification n’est pas basée sur le temps d’utilisation avec les solutions IonQ. Elle se fonde sur les ressources consommées par l’exécution de l’algorithme. Le coût est calculé selon le nombre de coups (shots). Il dépend aussi du type de portes quantiques utilisées. Une porte à deux qubits est plus coûteuse qu’une porte à un qubit.

La société facture sur la base de ces opérations. Ceci facilite un grand contrôle des coûts. Sur Amazon Braket, l’utilisation du système IonQ Aria coûte 0,60 EUR par tâche plus 0,06 EUR par shot. Le modèle IonQ Forte s’élève, quant à lui, à 0,60 EUR par tâche plus 0,16 EUR par shot. Sur Azure Quantum, un abonnement mensuel au plan Aria-Forte coûte 25 000 USD (environ 23 000 euros) plus les coûts d’infrastructure. 

Pour les entreprises avec des besoins réguliers, des plans d’abonnement sont déployés. Cette disposition garantit un accès prioritaire à ses systèmes récents. Moins d’erreurs entraîne moins de répétitions nécessaires. Ceci optimise le coût total par calcul.

Quels avantages techniques de IonQ ?

La supériorité technique revendiquée par IonQ repose sur la physique des ions piégés. Les travaux d’ingénierie qui les entourent sont un autre pilier. C’est un avantage clé confirmé par la haute fidélité des calculs. L’isolation des ions aide à IonQ à maintenir les états quantiques avec un bruit minimal.

Les taux d’erreur pour les portes à deux qubits sont parmi les plus bas de l’industrie. Ils sont au-delà de 99,99 % de fidélité. Cette précision est cruciale pour le développement de l’informatique quantique tolérante aux pannes (Fault-Tolerant Quantum Computing). Un taux d’erreur plus faible simplifie le nombre de qubits physiques à combiner. Le but est de former un seul qubit logique corrigé.

Le second atout n’est autre que la Connectivité Totale (fully-connected) des qubits sur la chaîne ionique. Tous les ions interagissent directement entre eux. L’usage de « swap gates » n’est pas nécessaire. Par ailleurs, cela simplifie la conception des algorithmes quantiques.

Le programmeur n’a pas à se soucier de la topologie du réseau de qubits. Cette communication favorise l’exécution de circuits quantiques plus profonds. L’évolutivité (Scalability) est réalisée par une approche modulaire. Les systèmes récents d’IonQ Forte utilisent la photonique silicium et des systèmes optiques.

Quelles limites de IonQ ?

L’architecture d’IonQ opère dans un domaine expérimental. Elle fait face à des limites qui freinent encore l’adoption de l’informatique quantique. Un défi technique est la vitesse d’exécution des opérations. Les portes quantiques basées sur les lasers sont généralement plus lentes que celles des qubits supraconducteurs. Lire : Quantum Computing : pièges à ions VS supraconducteurs !

Ce facteur peut impacter le temps de calcul pour des algorithmes longs. Le nombre de qubits utiles est en augmentation constante. Cependant, il reste insuffisant pour adresser les problèmes réels. Ces problèmes nécessitent des milliers de qubits logiques corrigés.

Du point de vue économique, les coûts élevés de l’accès au cloud sont une contrainte pour les PME. L’infrastructure laser et les systèmes de contrôle nécessitent des investissements massifs en R&D. De plus, l’intégration dans l’infrastructure classique est complexe.

Les entreprises maîtrisent l’algorithmique quantique. Elles doivent aussi maîtriser les interfaces spécifiques du cloud. Ces compétences sont indispensables. Enfin, le manque de standardisation des outils de développement ralentit la démocratisation. La rareté des experts en mécanique quantique appliquée est également un frein.

Quelles alternatives à IonQ ?

Le marché de l’informatique quantique est un terrain de jeu très compétitif. IonQ fait face à une concurrence intense. La principale famille technologique alternative utilise les qubits supraconducteurs. IBM et Google incarnent cette approche.

Ces machines ont l’avantage de la vitesse d’exécution des portes. Cependant, elles nécessitent des systèmes de refroidissement complexes. Elles souffrent, en revanche, d’une connectivité limitée. Leur fidélité est inférieure à celle des ions piégés.

Un concurrent direct dans les ions piégés s’appelle Quantinuum. Cette société est issue de la fusion entre Honeywell Quantum Solutions et Cambridge Quantum Computing. Elle se base sur des systèmes d’ions piégés différents.

D’autres alternatives utilisent les atomes neutres de Rydberg. Elles bénéficient de soutiens d’entreprises comme QuEra. Ces systèmes promettent une excellente évolutivité. Enfin, les qubits photoniques (PsiQuantum) complètent ce panorama. Le choix s’opère sur la base du meilleur Volume Quantique.

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