Universal Quantum dévoile l'iQPU, une puce à ions piégés fabriquée en fonderie avec contrôle intégré

Universal Quantum a lancé l'iQPU, une unité de traitement quantique intégrée qui réunit dans un seul module un piège à ions, l'électronique de contrôle et les connexions entre puces. L'entreprise britannique, qui dispose aussi d'un site à Hambourg, a annoncé la puce le 3 novembre et indique qu'elle équipera les deux systèmes qu'elle construit pour le Centre aérospatial allemand (DLR).

Ce qui a été annoncé

L'iQPU offre une surface de calcul active de plus de 400 mm², que Universal Quantum présente comme la plus grande surface de calcul à ions piégés. Il repose sur une architecture de type dispositif quantique à couplage de charge (QCCD) : les ions sont déplacés entre différentes zones de la puce, si bien que n'importe quel qubit peut être amené à côté de n'importe quel autre au lieu d'être attaché à un emplacement fixe. Selon l'entreprise, cette connectivité à longue portée réduit le nombre de qubits nécessaires pour les problèmes commerciaux et accélère les calculs.

Deux autres caractéristiques visent le passage à l'échelle. D'abord, un ASIC de contrôle sur mesure est intégré à l'empilement pour gérer la commutation et le contrôle directement sur la puce. Il s'agit de répondre au « problème du câblage » : le nombre croissant de câbles et de lignes de signal nécessaires à mesure que le nombre de qubits augmente. Ensuite, chaque iQPU embarque des interfaces UQConnect, la liaison entre modules de l'entreprise. Avec UQConnect, les ions passent directement d'un module au module voisin, de sorte que plusieurs puces peuvent fonctionner comme un seul ordinateur plus grand sans refonte de la puce.

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Les détails techniques

La page produit donne les chiffres et choix de conception suivants :

• un empilement de couches : le piège à ions, des couches de routage, une couche intégrée de contrôle du champ magnétique, des vias traversant le silicium (TSV) et la couche ASIC. Les TSV laissent chaque bord libre pour se connecter aux modules voisins ;
• un fonctionnement à environ 70 K plutôt qu'à des températures de l'ordre du microkelvin, et des portes de qubits pilotées par des champs micro-ondes globaux plutôt que par un grand nombre de lasers orientés individuellement ;
• une conception qui, selon l'entreprise, permet une fidélité à deux qubits de 99,9 % ;
• des performances UQConnect de 2 424 transferts de qubits par seconde avec une fidélité de connexion de 99,999993 % ;
• une fabrication sur une ligne de fonderie commerciale de 200 mm, avec des outils standard de l'industrie et un kit de conception de procédé modifié.

L'entreprise présente ces chiffres comme des données de conception et de composants. Sur sa propre feuille de route, la livraison de systèmes iQPU aux clients et un assemblage multimodule en mosaïque figurent encore parmi les étapes à venir.

Pourquoi c'est important

Les ions piégés sont réputés pour la qualité de leurs qubits, mais les systèmes qui les utilisent se sont révélés difficiles à agrandir, tant en taille qu'en quantité de lasers, de câblage et de refroidissement nécessaires. Le pari de Universal Quantum est qu'une unité reproductible, fabriquée en fonderie et dotée d'un contrôle sur puce, puisse être testée et assemblée en mosaïque comme des composants semi-conducteurs classiques. « Un ordinateur quantique évolutif ne peut pas être assemblé en ajoutant de la complexité qubit par qubit », a déclaré Mike Newman, VP Ingénierie.

À surveiller

Le DLR sera le premier client à recevoir l'iQPU. Il a choisi Universal Quantum pour construire deux machines, Toccata et Legato, pour sa Quantum Computing Initiative à Hambourg, dans le cadre de contrats d'une valeur de 67 millions d'euros. Ce lancement fait suite à la série A de plus de 100 millions de dollars de l'entreprise en octobre, codirigée par DCVC et Firgun Ventures. Les tests décisifs seront les fidélités mesurées sur le matériel livré et un système multimodule opérationnel.