• La feuille de route, les processeurs et l'infrastructure IBM Quantum tracent une voie claire vers IBM Quantum Starling, qui devrait être le premier ordinateur quantique à grande échelle tolérant aux pannes
• Des recherches révolutionnaires définissent les éléments clés d'une architecture efficace et tolérante aux pannes, traçant la première voie viable vers un système projeté pour exécuter 20 000 fois plus d'opérations que les ordinateurs quantiques actuels
• Représenter l'état de calcul d'IBM Starling nécessiterait la mémoire de plus d'un quintécillion (10 ^{^48}) des supercalculateurs les plus puissants au monde

YORKTOWN HEIGHTS, NY – 10 juin 2025 – IBM a dévoilé son projet de construction du premier ordinateur quantique à grande échelle tolérant aux pannes au monde, ouvrant la voie à une informatique quantique pratique et évolutive. 

Livré d'ici 2029, IBM Quantum Starling sera construit dans un nouveau Centre d'informatique quantique IBM à Poughkeepsie, New York et devrait effectuer 20 000 fois plus d'opérations que les ordinateurs quantiques actuels. Représenter l'état de calcul d'IBM Starling nécessiterait la mémoire de plus d'un quintécillion (10 ^{^48}) des supercalculateurs les plus puissants au monde. Avec Starling, les utilisateurs pourront explorer pleinement la complexité de ses états quantiques, qui dépassent les propriétés limitées auxquelles peuvent accéder les ordinateurs quantiques actuels.  

IBM, qui exploite déjà un vaste parc mondial d'ordinateurs quantiques, publie une nouvelle feuille de route quantique qui décrit ses plans pour construire un ordinateur quantique pratique et tolérant aux pannes.

« IBM trace la prochaine frontière de l’informatique quantique », a déclaré Arvind Krishna, président et chef de la direction d'IBM.« Notre expertise en mathématiques, en physique et en ingénierie ouvre la voie à un ordinateur quantique à grande échelle et tolérant aux pannes, un ordinateur qui résoudra les défis du monde réel et qui offrira de multiples possibilités pour les entreprises. »

Un ordinateur quantique à grande échelle et tolérant aux pannes et doté de centaines ou de milliers de qubits logiques pourrait exécuter des centaines de millions, voire des milliards d’opérations, ce qui pourrait optimiser les délais et les coûts dans des domaines tels que le développement de médicaments, la découverte de matériaux, la chimie et l’optimisation.

Starling pourra accéder à la puissance de calcul requise pour ces problèmes en exécutant 100 millions d'opérations quantiques à l'aide de 200 qubits logiques. Il constituera la base d'IBM Quantum Blue Jay, qui sera capable d'exécuter 1 milliard d'opérations quantiques sur 2 000 qubits logiques.

Un qubit logique est une unité d’un ordinateur quantique à correction d’erreurs chargée de stocker l’équivalent d’un qubit d’informations quantiques. Il est composé de plusieurs qubits physiques travaillant ensemble pour stocker ces informations et se surveiller mutuellement pour détecter les erreurs.

Comme les ordinateurs classiques, les ordinateurs quantiques doivent faire l'objet d'une correction d'erreur pour pouvoir exécuter de grandes charges de travail sans défaillance. Pour ce faire, des grappes de qubits physiques sont utilisées pour créer un nombre plus petit de qubits logiques avec des taux d'erreur inférieurs à ceux des qubits physiques sous-jacents. Les taux d'erreur des qubits logiques sont supprimés de manière exponentielle avec la taille de la grappe, ce qui leur permet d'effectuer un plus grand nombre d'opérations.

La création d'un nombre croissant de qubits logiques capables d'exécuter des circuits quantiques, avec le moins de qubits physiques possible, est essentielle à l'informatique quantique à grande échelle. Jusqu'à présent, aucune voie claire pour construire un tel système tolérant aux pannes sans coûts d'ingénierie irréalistes n'a été publiée.

La voie vers la tolérance aux pannes à grande échelle

Le succès de l’exécution d’une architecture efficace et tolérante aux pannes dépend du choix de son code de correction d’erreurs et de la manière dont le système est conçu et construit pour permettre à ce code d’évoluer.

Les codes de correction d'erreurs alternatifs et précédents, qui constituent la référence absolue, présentent des défis d'ingénierie fondamentaux. Pour les mettre à l'échelle, il faudrait un nombre irréalisable de qubits physiques pour créer suffisamment de qubits logiques pour effectuer des opérations complexes, ce qui nécessiterait des quantités irréalisables d'infrastructures et d'électronique de contrôle. Il est donc peu probable qu’ils puissent être mis en œuvre au-delà d’expériences et de systèmes à petite échelle.

Un ordinateur quantique pratique, à grande échelle et tolérant aux pannes nécessite une architecture qui est :

• Tolérante aux pannes pour supprimer suffisamment d'erreurs pour que les algorithmes utiles fonctionnent avec succès.
• Capable de préparer et de mesurer des qubits logiques par calcul.
• Capable d'appliquer des instructions universelles à ces qubits logiques.
• Capable de décoder les mesures des qubits logiques en temps réel et de modifier les instructions ultérieures.
• Modulaire pour évoluer vers des centaines ou des milliers de qubits logiques pour exécuter des algorithmes plus complexes.
• Assez efficace pour exécuter des algorithmes significatifs avec des ressources physiques réalistes, comme l’énergie et l’infrastructure.

Aujourd'hui, IBM présente deux nouveaux documents techniques qui détaillent la manière de répondre aux critères ci-dessus pour construire une architecture à grande échelle et tolérante aux pannes.

Le premier document révèle comment un tel système traitera les instructions et exécutera les opérations efficacement avec les codes qLDPC. Il s'appuie sur une approche révolutionnaire de la correction des erreurs présentée en couverture du magazine Nature qui a introduit les codes de contrôle de parité à faible densité quantique (qLDPC). Ce code réduit considérablement le nombre de qubits physiques nécessaires à la correction des erreurs et réduit les surcharges requises d'environ 90 pour cent, par rapport aux autres codes de pointe. De plus, il présente les ressources nécessaires pour exécuter de manière fiable des programmes quantiques à grande échelle afin de prouver l’efficacité d’une telle architecture par rapport aux autres.  

Le deuxième documentdécrit comment décoder efficacement les informations des qubits physiques et trace la voie à suivre pour identifier et corriger les erreurs en temps réel avec des ressources informatiques conventionnelles.

De la feuille de route à la réalité

La nouvelle feuille de route IBM Quantum décrit les étapes technologiques clés qui démontreront et appliqueront les critères de tolérance aux pannes. Chaque nouveau processeur de la feuille de route répond à des défis spécifiques pour construire des systèmes quantiques modulaires, évolutifs et à correction d'erreurs :

• IBM Quantum Loon, attendu en 2025, est conçu pour tester les composants d'architecture pour le code qLDPC, notamment les « coupleurs C » qui connectent les qubits sur de plus longues distances au sein de la même puce.
• IBM Quantum Kookaburra, prévu pour 2026, sera le premier processeur modulaire d'IBM conçu pour stocker et traiter des informations codées. Il combinera la mémoire quantique avec les opérations logiques, l'élément de base pour la mise à l'échelle des systèmes tolérants aux pannes au-delà d'une seule puce.
• IBM Quantum Cockatoo, attendu en 2027, permettra de relier deux modules Kookaburra à l'aide de « coupleurs en L ». Cette architecture reliera les puces quantiques entre elles comme des nœuds dans un système plus vaste, évitant ainsi la nécessité de construire des puces de taille irréaliste.

Ensemble, ces avancées sont conçues pour mener à Starling en 2029.

Pour en savoir plus sur la voie que prendra IBM pour accroître la tolérance aux pannes, lisez notre blogue ici et regardez nos scientifiques IBM Quantum dans cette dernière vidéo.

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Lorraine Baldwin
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