IBM relie deux puces de 120 qubits avec quatre câbles quantiques supraconducteurs
Des chercheurs d’IBM rapportent une liaison à quatre canaux entre deux processeurs de 120 qubits, avec une fidélité moyenne de transfert d’état de 99 % dans une prépublication sur arXiv.
Cette page a été traduite depuis l'anglais. Les noms d'entreprises et de produits ainsi que les liens vers les sources restent inchangés. Lire l'original en anglais
Des chercheurs d’IBM affirment avoir démontré une interconnexion quantique à quatre canaux entre deux processeurs supraconducteurs de 120 qubits, une étape vers des systèmes modulaires construits à partir de plusieurs puces plutôt que d’une seule puce de plus grande taille. Dans une étude publiée sur arXiv le 27 octobre, l’équipe a rapporté une fidélité moyenne de transfert d’état quantique de 99 % sur des liaisons supraconductrices à l’échelle du mètre, ainsi que des portes entre puces affichant une fidélité moyenne de 94,75 %. Ce travail est une prépublication.
Ce qui a été annoncé
Dans la prépublication, IBM a connecté deux processeurs Nighthawk R1, chacun doté de 120 qubits, à l’aide de quatre câbles coaxiaux en aluminium d’environ 80 centimètres de long à l’intérieur d’un système cryogénique. Les chercheurs ont utilisé ces liaisons pour transférer des états quantiques, effectuer des opérations entre des qubits situés sur des puces distinctes et générer de l’intrication couvrant les deux processeurs.
L’entreprise présente ce résultat comme la première démonstration, à sa connaissance, d’une interconnexion quantique multicanal entre de grands processeurs quantiques supraconducteurs. Le montage ne faisait pas intervenir l’ensemble des 240 qubits. À la place, l’équipe a câblé et mesuré des qubits sélectionnés à proximité des interconnexions afin d’accélérer le développement.
Les détails techniques
Chaque liaison utilisait des qubits dédiés aux extrémités du câble, avec des éléments de couplage réglables contrôlant les interactions entre ces qubits et la liaison micro-onde. À l’aide d’un benchmarking réseau, les chercheurs ont mesuré la fidélité du transfert d’état dans les deux sens et ont indiqué que les quatre liaisons dépassaient toutes 98,86 %. La meilleure liaison a atteint 99,29 %, avec une incertitude de 0,07 point de pourcentage.
L’équipe a ensuite utilisé ces connexions pour mettre en œuvre des portes controlled-Z entre des qubits de calcul situés sur des processeurs différents. Ces portes à distance nécessitaient deux transferts d’état, trois portes locales à deux qubits et des contrôles supplémentaires sur un seul qubit. La fidélité moyenne de ces portes distantes était de 94,75 %, tandis que la meilleure a atteint 96,42 %, avec une incertitude de 0,28 point de pourcentage.
IBM a également signalé des états intriqués répartis sur les deux puces. Les chercheurs ont généré simultanément deux paires intriquées via des liaisons adjacentes, bien qu’une des paires ait montré une fidélité plus faible lors du fonctionnement simultané. Ils ont en outre créé des états intriqués à quatre qubits et à six qubits s’étendant sur les deux processeurs. Les fidélités mesurées étaient de 77,23 % pour l’état à quatre qubits et de 67,67 % pour l’état à six qubits ; après correction statistique des erreurs de mesure, ces valeurs sont montées à 91,70 % et 90,87 %.
Intégration et fiabilité
Une part notable du travail a porté sur l’intégration mécanique et cryogénique. Les câbles étaient fixés perpendiculairement à la surface de la puce, une géométrie que les chercheurs jugent mieux adaptée à des agencements d’interconnexions plus denses que les configurations parallèles antérieures. La fixation reposait sur des liaisons par pression indium-indium formées à température ambiante après le montage des modules processeurs dans le cryostat.
Selon l’étude, les quatre liaisons sont restées opérationnelles au cours de trois cycles complets de réchauffement et de refroidissement, sans ajustement des connexions.
L’article identifie également les champs magnétiques pendant le refroidissement comme une source de perte dans les câbles. IBM a ajouté deux couches de blindage magnétique autour des câbles, même si les chercheurs décrivent la tresse de blindage comme une mesure provisoire.
Pourquoi c’est important
Le résultat répond à une question centrale de passage à l’échelle dans l’informatique quantique supraconductrice : peut-on relier plusieurs processeurs sans perdre une part trop importante de l’information quantique nécessaire à un calcul utile ? Construire des systèmes plus vastes à partir de modules pourrait alléger les contraintes physiques liées à la taille des puces, au câblage et à l’intégration.
Dans le même temps, les données montrent l’écart qui subsiste entre un simple transfert d’état et des opérations distribuées complètes. Le modèle d’erreur d’IBM attribue environ 77 % de l’erreur de transfert d’état à une cohérence limitée dans le câble et les qubits dédiés, en particulier au déphasage. Les chercheurs indiquent avoir volontairement sauté certaines étapes de fabrication et de traitement connues pour améliorer les performances des qubits afin d’accélérer l’expérience.
Ce qu’il faut surveiller
Le prochain test consistera à voir si IBM peut transformer quatre liaisons fonctionnelles en un plus grand nombre de connexions reproductibles et industrialisables, tout en augmentant les fidélités. L’article évoque aussi une possible évolution architecturale : intégrer directement les éléments d’interconnexion dans le réseau du processeur afin de réduire le nombre d’étapes nécessaires aux portes à distance.
Pour l’instant, ce travail démontre un sous-système prometteur plutôt qu’un ordinateur quantique modulaire complet. Comme le résument les auteurs, le défi à venir est l’utilisation fiable et répétée de telles liaisons dans un calcul corrigé par erreur.
Sources
Les informations de cette page proviennent des sources ci-dessous, collectées par DesignQuantum.