IBM relie deux puces de 120 qubits par des câbles de 80 cm avec 99 % de fidélité

Des chercheurs d'IBM ont relié deux processeurs quantiques supraconducteurs de 120 qubits par quatre câbles de 80 centimètres chacun, et ont transféré des états quantiques entre les puces avec une précision moyenne de 99,00 pour cent. Le travail, mené par une équipe comprenant Neereja Sundaresan, a été mis en ligne le 21 octobre sous forme de prépublication sur arXiv sous le titre « Meter-scale quantum interconnects between large quantum processors » (Interconnexions quantiques à l'échelle du mètre entre de grands processeurs quantiques) ; il n'a pas encore été évalué par des pairs.

Pourquoi les puces ont besoin de câbles

Un ordinateur quantique stocke l'information dans des qubits. Contrairement à un bit ordinaire, qui vaut 0 ou 1, un qubit peut se trouver dans une combinaison des deux jusqu'à ce qu'il soit mesuré. Il est difficile de loger toujours plus de qubits sur une seule puce, c'est pourquoi IBM poursuit une approche modulaire : plusieurs processeurs, chacun étant un module, reliés entre eux. Pour cela, les liaisons doivent transporter des états quantiques fragiles sur des distances longues à l'échelle d'une puce, et une machine aura besoin de nombreuses liaisons identiques entre deux modules quelconques.

L'équipe appelle ses liaisons des coupleurs longue distance, ou L-couplers. Dans ce travail, quatre d'entre eux ont relié deux processeurs IBM Nighthawk R1, chacun de 120 qubits.

Comment est construit un L-coupler

Chaque L-coupler relie deux qubits des réseaux des processeurs par l'intermédiaire de deux « L-qubits » à fréquence accordable, de deux coupleurs basés sur un circuit supraconducteur RF-SQUID et de 80 centimètres de câble coaxial en aluminium supraconducteur. Le câble est perpendiculaire à la surface du processeur, ce qui permet des connexions plus denses, et il est fixé à la puce par une liaison par pression indium-indium réalisée à température ambiante, une fois les deux modules déjà montés dans le cryostat, le réfrigérateur qui maintient les qubits au froid. Les modes des liaisons se situent près de 5 gigahertz, avec des facteurs de qualité internes de 0,86 à 1,09 million, une mesure de la faible énergie qu'ils perdent.

Ce que montrent les chiffres

• Le transfert d'état à travers les liaisons, mesuré par benchmarking de réseau, a atteint une fidélité moyenne de 99,00 pour cent. La meilleure liaison a atteint 99,29 ± 0,07 pour cent.
• Les portes CZ à deux qubits entre des qubits situés sur des puces différentes ont fonctionné avec une fidélité moyenne de 94,75 pour cent, la meilleure liaison atteignant 96,42 ± 0,28 pour cent.
• Les chercheurs ont utilisé ces portes pour créer des états intriqués à travers les deux processeurs, y compris des paires de Bell simultanées via deux L-couplers adjacents.

La fidélité est ici la part de l'état quantique voulu qui arrive intacte ; 100 pour cent correspondraient à un transfert parfait. L'intrication est un lien quantique entre particules dans lequel l'état de l'une ne peut être décrit sans l'autre.

Limites

Selon ScienceAlert, les câbles ont perdu très peu d'énergie à l'usage et sont restés opérationnels après trois cycles de réchauffement et de refroidissement. Les chercheurs ont aussi constaté des interférences magnétiques qui ont affecté la qualité du signal, et d'autres améliorations d'efficacité seront nécessaires avant que les L-couplers soient prêts pour un usage pratique. Les auteurs écrivent que, à leur connaissance, il s'agit de la première démonstration d'une interconnexion quantique multicanale entre des processeurs supraconducteurs à grand nombre de qubits.

IBM a déclaré viser la livraison d'un ordinateur quantique tolérant aux pannes d'ici 2029. Plus d'articles sur la technologie dans notre rubrique Technologie.