Rigetti lance un processeur quantique à puce unique de 84 qubits
Rigetti a lancé son architecture de quatrième génération avec un processeur quantique à 84 qubits sur une seule puce, qui peut être étendu à des systèmes plus importants.
Le processeur quantique Ankaa-1 de Rigetti utilise une nouvelle architecture de porte à deux qubits avec des coupleurs accordables pour fournir des performances plus élevées et peut facilement s’adapter à des dispositifs multi-puces plus importants.
« Le QPU est maintenant déployé en interne et marque un grand pas en avant pour notre technologie, nos clients et le domaine des qubits supraconducteurs », a déclaré Andrew Bestwick, vice-président de l’architecture des composants quantiques chez Rigetti. « Par rapport aux systèmes précédents, les portes sont plus rapides et la connectivité plus dense, ce qui ouvre de nouvelles possibilités d’application et de développement d’algorithmes. Nous pensons qu’il s’agit de l’architecture qui nous permettra d’atteindre l’avantage quantique étroit (narrow Quantum Advantage ou nQA), et le système Ankaa-1 représente une étape décisive dans la réalisation de cet objectif ».
L’entreprise travaille avec Riverlane au Royaume-Uni pour utiliser le système Ankaa-1 dans le cadre de son premier partenariat externe.
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Les systèmes Aspen précédents utilisaient un couplage fixe entre qubits voisins pour contrôler les fréquences de résonance. Tous les autres qubits du réseau sont « parqués » à une fréquence élevée, de sorte qu’au repos, la séparation de fréquence entre les voisins est importante et l’interaction est faible.
Pour former une porte à deux qubits, les fréquences des qubits sont modulées plus près l’une de l’autre pour les enchevêtrer. Cela fonctionne, mais limite l’intensité du couplage et la rapidité avec laquelle les qubits peuvent interagir, faute de quoi l’interaction « toujours active » au repos sera trop forte.
Les coupleurs accordables éliminent ce compromis et permettent de placer les fréquences des qubits à proximité l’une de l’autre tout en désactivant les interactions. Il suffit alors de modifier légèrement un coupleur accordable pour activer une porte très forte.
Cela crée un réseau au repos sans interactions indésirables, avec la possibilité d’enchevêtrer rapidement n’importe quelle paire de qubits voisins. Le temps médian d’accès à deux qubits sur le système de processeur quantique Ankaa-1 est ainsi presque trois fois plus rapide que sur le système Aspen-M-3.
Les coupleurs accordables permettent également à chaque qubit d’avoir plus de voisins. Sans la possibilité de désactiver complètement le couplage qubit-qubit, le système Aspen doit être beaucoup plus prudent pour éviter d’activer des interactions non désirées pendant les portes. Dans la pratique, cela limite le nombre de qubits voisins à trois et a conduit à l’adoption du réseau octogonal. Avec les coupleurs accordables, cette limitation ne s’applique plus. Le système Ankaa-1 dispose d’un réseau carré simple et densément connecté dans lequel chaque qubit non-edge peut interagir directement avec quatre voisins, ce qui permet des algorithmes plus efficaces.
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Toutefois, selon M. Bestwick, ces avantages ne sont pas gratuits.
« L’augmentation modeste du nombre de qubits entre le système Aspen-M-3 et le système Ankaa-1, de 80 qubits à 84 qubits, cache un grand nombre d’infrastructures supplémentaires. Par exemple, chaque coupleur accordable (qui est en fait lui-même un qubit de transmon, même si nous ne l’utilisons pas comme tel) est contrôlé indépendamment », a-t-il déclaré.
« De ce point de vue, le système Ankaa-1 possède techniquement près de trois fois plus de qubits que les puces les plus grandes de la famille de produits Aspen. Le nombre de signaux de contrôle acheminés vers la puce est passé de 160 à 317 ; les lignes de lecture sont passées de 20 à 28. Le réfrigérateur de dilution qui renferme le matériel quantique dispose d’un nouveau schéma de signalisation à haute densité. Parallèlement, l’électronique de contrôle a été repensée et le logiciel de contrôle a été entièrement réinventé pour prendre en charge la nouvelle fonctionnalité du circuit ».
Cela nécessite des algorithmes plus sophistiqués, d’où l’accord avec Riverland.
« Riverlane se concentre sur l’amélioration des techniques de correction d’erreurs sur la nouvelle architecture. Ces premiers travaux sur le système Ankaa-1 sont étroitement liés à l’expertise de Riverlane en matière de correction d’erreurs quantiques. L’un des principaux objectifs de cette collaboration est d’éclairer les stratégies futures et les mises en œuvre optimisées de la correction d’erreur », a déclaré M. Bestwick.
« Nous sommes ravis d’être les premiers utilisateurs externes du système Ankaa-1 », déclare Steve Brierley, PDG et fondateur de Riverlane. « Ce projet nous permet de cibler le décodage de la correction d’erreurs en temps réel avec nos algorithmes sur le matériel FPGA de Rigetti, ce qui, nous l’espérons, contribuera à améliorer les performances des futurs systèmes.
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Comme pour les systèmes Aspen-M, les signaux sont acheminés verticalement vers la puce, directement au-dessus du qubit, sans qu’aucun signal ne soit distribué ou acheminé depuis le périmètre de la puce. Cela signifie qu’à l’avenir, il suffira d’étendre latéralement les puces pour qu’elles soient plus grandes.
La puce unique est nativement prête pour un assemblage futur dans un réseau de processeurs multi-puces et Rigetti a démontré des systèmes de R&D avec les portes 2Q fonctionnant à travers les limites de la puce avec des taux d’erreur inférieurs à 1 %.
Cela permettra de créer de futurs processeurs de plus grande taille grâce à la superposition de plusieurs blocs de construction de silicium.
M. Rigetti prévoit maintenant d’augmenter les temps de cohérence des qubits en modifiant la conception et la fabrication des puces, de réduire le bruit de l’électronique de contrôle, d’optimiser les paramètres de conception des circuits et d’utiliser de meilleurs amplificateurs de signaux avec le système Ankaa-2 prévu pour la fin de l’année.
www.rigetti.com ; www.riverlane.com
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