IBM Quantum Computing 2025-2029 : la course à l'avantage quantique tolérant aux pannes

IBM Quantum Computing 2025-2029 : la course à l'avantage quantique tolérant aux pannes

Le processeur révolutionnaire Quantum Nighthawk d'IBM représente une avancée majeure vers l'avantage quantique (Source : IBM Research / Tom's Hardware)

Résumé

IBM est à l'avant-garde de la révolution de l'informatique quantique qui promet de transformer fondamentalement la façon dont nous abordons les défis informatiques. les défis en matière de calcul. En dévoilant récemment le processeur IBM Quantum Nighthawk et une feuille de route complète s'étendant jusqu'en 2029, l'entreprise a tracé une voie ambitieuse allant des démonstrations d'utilité quantique d'aujourd'hui jusqu'à des systèmes quantiques tolérants aux pannes. jusqu'aux ordinateurs quantiques tolérants aux pannes, capables d'exécuter des circuits de 100 millions de portes.

Ce parcours englobe des innovations matérielles de pointe, des développements logiciels révolutionnaires grâce à Qiskit, des partenariats stratégiques avec des leaders de l'industrie tels que Cisco, et la mise en place de capacités de qui font d'IBM le leader incontesté dans la course à l'avantage quantique.

L'aube de l'avantage quantique

Le paysage de l'informatique quantique a atteint un moment charnière. Les chercheurs d'IBM et leurs partenaires internationaux circuits quantiques qui défient les capacités des superordinateurs classiques, marquant ainsi le début de ce que les experts appellent "l'ère de l'avantage quantique". marquant le début de ce que les experts appellent "l'ère de l'avantage quantique". [1]

Lors de la récente Quantum Developer Conference, IBM a dévoilé trois expériences candidates distinctes pour l'avantage quantique. l'avantage quantique, couvrant l'estimation des observables, les algorithmes variationnels et les problèmes avec une vérification classique efficace. classique efficace. Pour garantir une validation rigoureuse de ces avancées, IBM s'est associée à Algorithmiq, aux chercheurs du Flatiron Institute et à BlueQuest. de l'Institut Flatiron et BlueQubit pour lancer un outil de suivi de l'avantage quantique ouvert et géré par la communauté.

"Nous pensons qu'IBM est la seule entreprise qui soit en mesure d'inventer et de mettre à l'échelle rapidement des logiciels quantiques, matériel, la fabrication et la correction d'erreurs quantiques pour débloquer des applications transformatrices", a déclaré Jay Gambetta, directeur d'IBM Research et IBM Fellow, directeur d'IBM Research et IBM Fellow. [1]

IBM Quantum Nighthawk : L'architecture au service de l'avantage

Un chercheur d'IBM tient le processeur quantique Nighthawk, qui comporte 120 qubits dans un réseau carré révolutionnaire. conception

Le processeur Quantum Nighthawk d'IBM représente un changement de paradigme dans la conception de l'architecture quantique. Construit autour d'une topologie en treillis carré de de 120 qubits, Nighthawk incorpore 218 coupleurs accordables de nouvelle génération, ce qui représente une augmentation par rapport aux 176 coupleurs d'IBM Quantum Heron. [2]

Cette connectivité améliorée permet de réaliser des circuits d'une complexité 30% supérieure à celle des processeurs IBM précédents, tout en maintenant des taux d'erreur faibles, essentiels pour les applications à avantage quantique. tout en maintenant les faibles taux d'erreur essentiels pour les applications à avantage quantique. La conception en treillis carré garantit que chaque qubit se connecte directement à quatre voisins les plus proches, contre deux ou trois auparavant. que chaque qubit se connecte directement à quatre voisins les plus proches, contre deux ou trois dans les réseaux hexagonaux lourds. dans les treillis hexagonaux lourds.

Spécifications techniques

La feuille de route de Nighthawk va au-delà de la capacité initiale de 5 000 portes livrée en 2025. IBM prévoit que le nombre de portes devrait atteindre 7 500 portes d'ici à la fin de 2026, 10 000 portes en 2027 et enfin 15 000 portes à deux qubits d'ici à 2028. Associés à des coupleurs L pour la connectivité entre modules, les systèmes basés sur Nighthawk pourraient prendre en charge plus de 1 000 qubits connectés. qubits connectés.

IBM Quantum Loon : Schéma directeur pour la tolérance aux pannes

Le processeur Quantum Loon d'IBM présente tous les composants matériels clés nécessaires à l'informatique quantique tolérante aux pannes. quantique

Parallèlement au calendrier de développement de Nighthawk, IBM Quantum Loon sert de processeur expérimental de preuve de concept qui démontre tous les composants critiques nécessaires à la tolérance aux pannes des systèmes quantiques. expérimental qui démontre tous les composants critiques nécessaires à l'informatique quantique tolérante aux fautes tolérante aux pannes (FTQC). Ce processeur de 112 qubits valide les fondements architecturaux nécessaires à l'informatique quantique. de parité à faible densité (qLDPC). [3]

Loon intègre plusieurs technologies révolutionnaires, notamment des c-coupleurs qui permettent des connexions à longue distance entre des qubits éloignés au sein d'une même puce. entre des qubits distants au sein d'une même puce, de multiples couches de routage de haute qualité, et des capacités de réinitialisation des qubits essentielles pour les protocoles de correction d'erreurs. Ces innovations constituent la base technique des codes bivariés de bicyclette d'IBM, qui réduisent le nombre de qubits physiques. d'IBM, qui réduisent la surcharge physique des qubits jusqu'à 90% par rapport aux codes de surface.

Vue rapprochée du Quantum Loon d'IBM montrant les c-coupleurs qui permettent des connexions de qubits à longue portée au sein de la puce (Source : IBM Research).

La feuille de route tolérante aux fautes de Starling

Représentation artistique du système Quantum Starling d'IBM, le premier ordinateur quantique tolérant aux pannes d'IBM.

Le système Starling représente l'aboutissement des recherches d'IBM en matière d'informatique quantique tolérante aux pannes. Basé sur les codes de l'entreprise publiés dans Nature, Starling mettra en œuvre une architecture modulaire utilisant des unités de traitement logiques et des adaptateurs universels afin d'atteindre une échelle de calcul sans précédent. modulaire utilisant des unités de traitement logiques et des adaptateurs universels pour atteindre une échelle de calcul sans précédent. [4]

Qiskit Evolution : Logiciel pour l'avantage quantique

Les avancées matérielles ne peuvent à elles seules apporter un avantage quantique - elles doivent être associées à des capacités logicielles tout aussi sophistiquées. des capacités logicielles tout aussi sophistiquées. Le kit de développement logiciel libre Qiskit d'IBM continue d'établir la norme pour la programmation quantique, la version 2.2 offrant des améliorations de performance qui éclipsent les plateformes concurrentes. La version 2.2 offre des améliorations de performance qui éclipsent les plates-formes concurrentes.

Des benchmarks récents démontrent que Qiskit SDK v2.2 transpose les circuits quantiques 83 fois plus vite que d'autres frameworks tels que Tket 2.6.0. comme Tket 2.6.0. Cet avantage en termes de performances devient crucial lorsqu'il s'agit de traiter les circuits complexes complexes requis pour les applications quantiques. [5]

Principales innovations logicielles

API C et intégration HPC : Qiskit v2.x introduit une API C qui permet une intégration native avec les environnements les environnements de calcul à haute performance. La nouvelle interface C++ permet aux charges de travail quantiques-classiques de s'exécuter efficacement dans les infrastructures informatiques distribuées.

Circuits dynamiques à l'échelle : Les annotations de circuits avancées permettent de réaliser des circuits dynamiques à l'échelle qui intègrent des opérations classiques pendant l'exécution quantique. Cette capacité permet d'obtenir des résultats jusqu'à 25% plus précis, tout en réduisant de 58% les besoins en portes à deux qubits. tout en réduisant de 58% les besoins en portes à deux qubits.

Atténuation avancée des erreurs : De nouveaux outils tels que Samplomatic et l'exécuteur primitif permettent techniques sophistiquées d'atténuation des erreurs qui réduisent la charge d'échantillonnage de plus de 100 fois par rapport aux méthodes méthodes probabilistes d'annulation des erreurs. [6]

La mise à jour de la feuille de route quantique 2025 d'IBM trace la voie vers l'avantage quantique et la tolérance aux pannes.

Partenariat IBM-Cisco : Mise en réseau des ordinateurs quantiques

En novembre 2025, IBM et Cisco ont annoncé une collaboration révolutionnaire pour développer des capacités de calcul quantique distribuées en réseau. distribuées en réseau. Ce partenariat vise à connecter plusieurs ordinateurs quantiques à grande échelle et tolérants aux pannes dans un réseau de calcul unifié d'ici le début des années 2030. à grande échelle et tolérants aux pannes en un réseau de calcul unifié d'ici le début des années 2030. [7]

La collaboration porte sur l'un des défis les plus importants de l'informatique quantique : comment atteindre une puissance de calcul supérieure à ce que les systèmes quantiques individuels peuvent fournir ? puissance de calcul au-delà de ce que les systèmes quantiques individuels peuvent fournir. En mettant en réseau des ordinateurs quantiques, les problèmes nécessitant des billions de portes quantiques deviennent théoriquement réalisables, les problèmes nécessitant des billions de portes quantiques deviennent théoriquement réalisables.

Architecture technique

Unité de mise en réseau quantique (QNU) : IBM développera des interfaces spécialisées qui convertiront l'information quantique stationnaires dans les unités de traitement quantique (QPU) en informations quantiques "volantes" qui peuvent être transmises à travers des connexions de réseau. être transmises par le biais de connexions réseau.

Transducteurs micro-ondes-optiques : Ces dispositifs permettront la transmission d'états quantiques sur de plus longues distances, ce qui pourrait permettre de connecter des ordinateurs quantiques dans différents bâtiments ou centres de données. Ces dispositifs permettront la transmission d'états quantiques sur de plus longues distances, ce qui pourrait permettre de connecter des ordinateurs quantiques dans différents bâtiments ou centres de données.

Intelligence du réseau : Le cadre de réseau quantique de Cisco reconfigurera dynamiquement les chemins du réseau et distribuera des ressources d'intrication à la demande pour prendre en charge des algorithmes quantiques complexes. réseau et distribuera des ressources d'intrication à la demande pour prendre en charge des algorithmes quantiques complexes.

Le partenariat vise à réaliser une première démonstration de faisabilité d'ici à 2030, l'objectif ultime étant de d'établir les technologies fondamentales pour un internet quantique d'ici la fin des années 2030.

Fabrication en 300 mm : Fabrication à l'échelle

Un chercheur d'IBM tient une plaquette de 300 mm contenant plusieurs processeurs quantiques Nighthawk.

Le passage d'IBM à la fabrication de plaquettes de 300 mm à l'Albany NanoTech Complex représente un changement fondamental dans les capacités de fabrication de processeurs quantiques. des capacités de fabrication de processeurs quantiques. Cette installation de pointe permet à IBM de doubler la vitesse de recherche et de développement tout en décuplant la complexité des puces. développement tout en décuplant la complexité des puces. [8]

Le processus de fabrication de 300 mm incorpore l'outillage de pointe pour les semi-conducteurs et l'expertise quantique d'IBM, permettant de procéder à de multiples itérations de conception en parallèle. Cette approche a déjà permis de réduire d'au moins la moitié le temps de d'au moins la moitié, tout en prenant en charge les architectures complexes requises pour l'informatique quantique tolérante aux pannes.

Salle blanche de 300 mm au complexe NanoTech d'Albany de NY Creates, où sont fabriqués les processeurs quantiques d'IBM

Décodeur RelayBP : Correction d'erreur en temps réel

L'informatique quantique tolérante aux fautes nécessite des capacités de correction d'erreurs en temps réel qui peuvent décoder les informations du syndrome plus rapidement que les erreurs ne s'accumulent. plus rapidement que les erreurs ne s'accumulent. Le décodeur RelayBP d'IBM représente une percée dans cette technologie critique. de décodage de moins de 480 nanosecondes, soit environ 10 fois plus vite que les principales approches alternatives. approches alternatives. [9]

L'algorithme RelayBP est spécialement conçu pour être précis, rapide, compact et suffisamment souple pour être mis en œuvre sur des réseaux de portes programmables (FPGA) ou des circuits intégrés spécifiques à l'application (ASIC). sur des réseaux de portes programmables (FPGA) ou des circuits intégrés spécifiques à une application (ASIC). Cette réalisation a été menée à bien avec une année d'avance sur le calendrier initial d'IBM, ce qui démontre la capacité de l'entreprise à dépasser les engagements de sa feuille de route. à dépasser les engagements de sa feuille de route.

Poughkeepsie : L'héritage de l'innovation informatique

Représentation du centre de données d'IBM à Poughkeepsie, avec les systèmes quantiques actuels et le futur ordinateur Starling.

Les installations d'IBM à Poughkeepsie perpétuent un héritage d'innovation informatique qui s'étend sur plus de huit décennies. Depuis sa création en 1941, ce site historique a été le théâtre de développements révolutionnaires tels que l IBM 701 (le premier ordinateur commercial de l'entreprise en 1952), la série révolutionnaire d'ordinateurs centraux System/360 et les les ordinateurs quantiques les plus avancés d'aujourd'hui.

Le centre de données quantiques d'IBM à Poughkeepsie héberge actuellement les ordinateurs quantiques les plus puissants au monde accessibles par l'intermédiaire de la plate-forme IBM Quantum. D'ici 2029, cette installation abritera le système Starling, qui représentera le prochain chapitre de la remarquable histoire informatique de Poughkeepsie. chapitre suivant de l'histoire informatique remarquable de Poughkeepsie. [4]

IBM Quantum System Two installé au centre de données de Poughkeepsie, qui héberge actuellement les ordinateurs quantiques les plus avancés au monde (Photo : IBM, 2025)

Conférence des développeurs Quantum d'IBM : discours sur l'état de l'Union 2025

Calendrier et projections de Quantum Advantage