[DECODE Quantum] A la rencontre de Jay GAMBETA, VP of IBM Quantum
Une émission animée par Fanny Bouton, Olivier Ezratty et en co production avec FRENCHWEB.FR
In their third Decode Quantum episode in English after Simone Severini from AWS and Tommaso Calarco from Julich, Fanny Bouton and Olivier Ezratty are with Jay Gambetta from IBM. And he welcomed them since they recorded this episode near his office at IBM Yorktown Heights Research lab in New York state. This is the 68th episode of Decode Quantum.
Jay Gambetta is a quantum physicist. Born in Australia, he did his thesis there at Griffith University in a quantum foundations theme. He then worked on superconducting qubits as a post-doc at Yale University and the Institute of Quantum Computing of Waterloo University in Ontario, Canada. He then joined IBM in 2011 and became in 2019 the VP in charge of all things quantum computing: hardware, software and business development. He is also an American Physical Society fellow, an IEEE fellow, and an IBM fellow.
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FANNY BOUTON | 00:00.288
Bonjour et bienvenue dans notre 68ème Decode Quantum et le troisième épisode en anglais après Simone Severini d’AWS et Tommaso Calarco de Jülich. Nous sommes vraiment heureux d’accueillir Jay Gambetta d’IBM et il nous accueille en fait dans ;les locaux d’IBM Research Labs dans l’État de New York.
OLIVIER EZRATTY | 00:31.136
Vous êtes donc un physicien quantique et avez fait votre thèse en Australie à l’Université Griffith, dans un domaine dont nous parlerons plus tard, les fondations de la physique quantiques, ce qui est assez original dans ce domaine. Vous avez ensuite travaillé sur les qubits supraconducteurs en tant que postdoctorant à l’Université de Yale. J’avais l’habitude de dire que vous faisiez partie du gang de Yale composé de nombreux contributeurs au développement des qubits supraconducteurs. Mais vous avez travaillez également au Canada à l’Institut d’informatique quantique de Waterloo. Ensuite, vous avez rejoint IBM en 2011, donc il y a 13 ans.
Vous avez fait beaucoup de choses chez IBM, et nous allons en parler. Et vous êtes devenu, il y a environ cinq ans, le vice-président en charge de tout ce qui concerne le quantique chez IBM, de la physique à la technologie et au business. Au-delà d’IBM, vous êtes « fellow » de l’American Physical Society, APS, qui est le célèbre éditeur des journaux PRX / PRA / PRL, de l’IEEE et d’IBM. Alors bienvenue, Jay. Nous sommes très heureux de vous avoir parmi nous.
FANNY BOUTON | 02:08.509
Comment avez-vous atterri dans les sciences quantiques lors de vos études en Australie ? Quelles sont vos sources d’inspiration ?
JAY GAMBETTA | 02:23.446
J’ai fait mes études dans les lasers parce que les lasers ont l’air cool. J’ai donc obtenu un diplôme en physique en premier cycle pour étudier l’importance des lasers. Les cours que j’ai trouvés étaient les plus ardus et les plus stimulants. J’ai alors décidé de faire mon projet spécialisé sur le contrôle des atomes par des lasers et la mesure, et je me suis alors intéressé à l’informatique quantique. L’électrodynamique quantique, l’informatique quantique et tous ces sujets m’ont finalement amené à me dire que si je ne comprends pas les mathématiques, je devrais peut-être faire un doctorat sur les fondements de la mécanique quantique. C’est comme cela que je me suis retrouvé à faire un doctorat et à essayer de comprendre ce qu’impliquaient ces mathématiques associées à la physique quantique. Donc, beaucoup de judicieuses qui m’ont finalement conduit là-bas, mais en essayant toujours de comprendre cette intersection de la physique, de l’ingénierie et du quantique.
FANNY BOUTON | 03:40.252
Et quel était le titre et le sujet de votre thèse ? C’est la deuxième question que nous nous posons.
JAY GAMBETTA | 03:47.014
Je ne me souviens pas exactement du titre de ma thèse, mais il y avait cette partie des fondements où l’on pouvait imaginer que l’équation de Schrödinger était fausse et devait être remplacée par une version non linéaire. Beaucoup de gens ont dit que cela pourrait être la bonne équation. Cela a donc conduit mon directeur de thèse très tôt à étudier la limite de l’époque où les systèmes étaient Markoviens. Le bain interagissant avec le système avait donc une mémoire courte. Cela a donné lieu à de nombreux débats et de nombreux scientifiques ont montré que ces équations de Schrödinger pouvaient être comprises comme des phénomènes dénommés trajectoires quantiques. Et donc le modèle de mesure et les prédictions sur la manière de comprendre comment mesurer en continu un système les expliquaient. Ce débat a eu lieu bien avant que j’étudie le sujet, vers 1993-1994. Et puis, l’ensemble d’équations disait, eh bien, imaginez que nous ne nous rapprochons pas du monde comme Markovien. Le monde a vraiment de la mémoire. Et puis un nouvel ensemble d’équations de Schrödinger non linéaires est apparu. Ma thèse visait donc à montrer que même avec ce nouvel ensemble d’équations de Schrödinger dotées d’une mémoire, cela ne pouvait pas résoudre le débat et n’a pas déterminé quel modèle de mécanique quantique était correct. Il s’agissait donc de dynamiques non Markoviennes et d’en comprendre les fondements. Cela a conduit à beaucoup de choses. Lorsqu’un système interagit avec son environnement et possède de la mémoire et que vous la mesurez, quelles implications cela peut avoir.
OLIVIER EZRATTY| 05:42.167
Nous avons donc trouvé le titre de votre thèse.
« Équations de Schrödinger stochastiques non markoviennes et interprétations de la mécanique quantique ».
JAY GAMBETTA | 05:49.533
Donc je n’en étais pas si loin. C’était il y a quelques années maintenant (en 2004).
OLIVIER EZRATTY| 05:54.877
Pouvez-vous nous parler un peu de votre directeur de thèse, Howard Wiseman ?
JAY GAMBETTA | 06:08.579
C’est un physicien très célèbre qui a travaillé sur ces trajectoires quantiques et leurs modèles. J’ai suivi et apprécié son cours sur les équations différentielles stochastiques et l’électrodynamique quantique, ce qui m’a amené à obtenir mon doctorat en Australie où, lorsque vous obtenez une bourse, vous pouvez choisir l’université de votre choix. Je pense qu’il ne croyait pas que je deviendrais physicien théoricien. Ma première série de projets consistait en un ou deux articles pour prouver que je pouvais faire de la physique théorique parce que je venais des lasers et de l’ingénierie. Après avoir rédigé quelques articles, nous avons fini par travailler beaucoup ensemble. J’ai rédigé quelques articles depuis mon doctorat avec lui sur divers tests permettant de séparer différentes interprétations de la mécanique quantum.
FANNY BOUTON | 07:31.958
Quel est le lien entre votre thèse et ce que vous faites actuellement chez IBM ?
JAY GAMBETTA | 07:40.845
Tout est quantique. L’optique quantique était l’une des choses qui permettaient de tester au mieux bon nombre de ces premières équations. J’ai appris à comprendre l’optique quantique et comment elle s’appliquerait et s’appliquerait à la compréhension des systèmes quantiques ouverts. Et les qubits supraconducteurs constituent un fantastique banc d’essai pour l’optique quantique. L’une des premières choses que nous avons faites lorsque je suis arrivé à Yale a été d’apporter toutes les connaissances de l’optique quantique pour mieux expliquer comment un qubit supraconducteur est couplé à une cavité. Mon chemin m’a donc amené à une grande compréhension de l’optique quantique, de la théorie de la mesure quantique, jusqu’à son application aux systèmes supraconducteurs, qui constituent alors un très bon banc d’essai pour l’informatique quantique. Tout cela est donc lié au fait d’essayer de comprendre comment un système quantique ouvert interagit et comment je peux faire tout ce que je peux sur le système quantique tel qu’il est couplé à son bain (bath) et à son environnement, mais cela vous donne vraiment un moyen de comprendre les principes fondamentaux du système quantique comme un système interagissant avec son environnement.
OLIVIER EZRATTY| 09:01.412
Pourriez-vous expliquer pourquoi il y a de l’optique quantique dans les qubits supraconducteurs ?
JAY GAMBETTA | 09:10.000
Dans les qubits supraconducteurs, le qubit est créé par une excitation d’un champ micro-onde. Donc, essentiellement, ce que vous pouvez faire, c’est créer un champ micro-ondes vraiment très fortement couplé à un atome artificiel. Historiquement, le cœur de l’optique quantique était de contrôler de vrais atomes interagissant avec, par exemple, des cavités et des lasers. Les qubits supraconducteurs remplacent les photons optiques par des photons micro-ondes. Parce que tout peut être fait dans une seule dimension, vous pouvez concevoir des couplages très forts dans des régimes allant au-delà de ce que vous pouvez faire en optique quantique standard, et vous pouvez réaliser un couplage vraiment exotique de photons micro-ondes avec des atomes artificiels. C’est donc ce que je voulais dire lorsque j’ai dit que c’était un très bon banc d’essai pour l’optique quantique.
OLIVIER EZRATTY| 10:07.246
Cela nous amène donc à votre passage à Yale. Il semble donc que Yale soit une sorte de lieu clé dans l’histoire des qubits supraconducteurs. On y trouve bien sûr Michel Devoret, Rob Schoelkopf et Steve Girvin. Puis Jerry Chow qui est votre équipe chez IBM, tout comme Hanhee Paik. Vous avez aussi Andreas Wallraff, qui est maintenant à ETH Zurich, Alexandre Blais de l’Université de Sherbrooke, qui ensemble ont conçu la circuit Quantum Electrodynamic (cQED). Pouvez-vous nous parler un peu de l’histoire de ce « gang de Yale » et de ce que vous y avez fait en tant que postdoc ?
JAY GAMBETTA | 10:48.016
Je donne beaucoup de crédit à Rob Schoelkopf, Michel Devoret et Steve Girvin. Ils ont réalisé que ces cavités micro-ondes exotiques et ces qubits supraconducteurs artificiels pouvaient être couplés. Je me souviens que lorsque j’ai été présenté à Steve pour la première fois, je pense lui avoir dit que je ne connaissais rien à la physique de la matière condensée, mais il posait beaucoup de questions sur l’optique quantique. C’est donc devenu pour moi le bon moment pour y aller car j’étais arrivé avec un ensemble de compétences différent. Ils venaient de la matière condensée traditionnelle et étudiaient ces effets. Mais au moment où je les ai rejoints, ils avaient juste observé un fort couplage entre un qubit supraconducteur artificiel et une cavité avant mon arrivée. Ils ont eu des résultats passionnants, avec l’un des premiers articles de Rob Schoelkopf dans Nature. Je ne sais pas exactement s’il en a eu un avant cela, mais c’était le premier du circuit QED à cavité. Nous avons donc eu un beau terrain de jeu où l’on pouvait désormais réaliser des effets d’optique quantique. Cela nous a permis de tester les fondements de beaucoup de choses. Et donc, comme vous l’avez dit, Andreas Wallraff était là, Alexander Blais était là, et puis Jerry Chow, David Schuster et Andrew Houck. Nous étions nombreux à savoir concevoir des expériences dans une région où personne n’avait jamais pu le faire auparavant avec des couplages forts et pouvoir encore observer des effets quantiques.
OLIVIER EZRATTY| 12:39.288
Et d’ailleurs, ils ont récemment organisé un séminaire quelque part aux États-Unis pour célébrer les 20 ans de la cQED.
JAY GAMBETTA | 12:52.815
Oui.
OLIVIER EZRATTY| 12:53.996
Vous y étiez ?
JAY GAMBETTA | 12:57.238
Non, je n’ai pas pu m’y rendre, mais je connais beaucoup de gens, comme vous l’avez mentionné, Jerry Chow d’IBM, ainsi que quelques autres membres de l’équipe IBM qui sont aussi passés par Yale. Nous avons donc continué à attirer beaucoup de monde. C’est formidable que la cQED en soit à ses 20 ans et qu’elle soit toujours en pleine forme.
OLIVIER EZRATTY| 13:25.676
Et vous avez ensuite atterri chez IBM.
JAY GAMBETTA | 13:31.801
J’ai donc pensé qu’après Yale, j’avais décidé que j’aimerais pousser l’analyse comparative des systèmes quantiques. Après cela, je me suis retrouvé à Waterloo, au Canada, où il y avait justement l’Institut d’informatique quantique qui m’a permis de travailler avec des gens comme Joe Emerson, Frank Wilhelm, Raymond Laflamme et d’autres. Et j’ai vraiment commencé à me demander : eh bien, ces systèmes que nous pourrions construire à Yale, pouvons-nous commencer à les dimensionner pour prouver qu’ils sont à la hauteur de la théorie de l’information quantique et du traitement de l’information quantique ? Alors, en travaillant à Waterloo, nous avons beaucoup travaillé sur l’analyse comparative et sur la manière de prouver qu’un système quantique est quantique. Et ensuite, j’ai rejoint IBM.
OLIVIER EZRATTY| 14:21.535
Alors lorsque vous l’avez rejoint, IBM travaillait déjà sur les systèmes quantiques ?
JAY GAMBETTA | 14:28.531
IBM a donc une longue histoire dans le domaine de l’informatique quantique. Je pense que beaucoup de gens ne s’en rendent pas compte, mais Charles Bennett d’IBM est un des pionniers du sujet avec ses travaux sur la réversibilité du calcul classique puis quantique. Lors de mon doctorat, l’un des premiers articles que j’ai lus venait d’IBM et était de lui. C’était son papier sur la téléportation quantique. Je l’ai bien apprécié. Plus important encore, l’équipe ici a participé à la factorisation du nombre 15 avec des qubits RMN. Puis une équipe travaillait ici sur les qubits de flux supraconducteurs sous la direction de Roger Cole. Puis Matthias Steffen a rejoint l’équipe en provenance du groupe de Santa Barbara, qui concurrençait celle de Yale sur le cQED. L’équipe de Santa Barbara était dirigée par John Martinis, un autre fondateur des qubits supraconducteurs. Et donc Matthias venait de rejoindre IBM et avait constitué une petite équipe. C’était une opportunité unique car nous avons réuni des personnes issues de l’expertise de Santa Barbara et des personnes issues de celle de Yale. Nous sommes donc devenus très rapidement le troisième grand acteur. Je me souviens donc des deux premières années ici, c’était vraiment excitant. C’est dans l’APS March Meeting que nous avons publié des résultats. Personne ne s’attendait à ce que nous ayons des résultats et nous y sommes arrivés en 2011, ce qui signifie, je crois, que cela aurait pu l’APS March meeting de début 2012. Ces résultats ont montré de bonnes fidélités et cohérences des qubits.
OLIVIER EZRATTY| 16:34.362
Mais durant ces années, IBM était en mode recherche pure car il n’existait pas de produit, il n’y avait pas d’offre en ligne, ni de Qiskit, ni quoi que ce soit.
JAY GAMBETTA | 16:42.169
Oui.
OLIVIER EZRATTY| 16:42.470
Donc c’était du travail de laboratoire.
JAY GAMBETTA | 16:44.852
C’était de la pure recherche. La première année, Matthias avait donc déjà fait fonctionner un qubit. Mais quand Jerry Chow est arrivé un an avant moi, et avec aussi un autre nom que vous avez probablement entendu parler de l’informatique quantique, Chad Rigetti. J’ai rejoint IBM une année plus tard, où ils m’ont convaincu que je devrais être professeur, et j’ai pensé, oui, ça a l’air bien, allons construire quelque chose. Mais oui, c’était très axé sur la recherche, mais nous avons ensuite commencé à nous lancer dans le multi-qubits. Et nous avons poussé la mise à l’échelle et ce n’est qu’en 2016 que nous avons décidé de le mettre sur le cloud, en fait l’année précédente. Cela a été motivé car nombre de mes collègues me demandaient, pouvez-vous tester cela, pouvez-vous exécuter cela, pouvez-vous voir cela et donc je me suis demandé pourquoi ne pouvons-nous pas réellement construire quelque chose que les gens peuvent tester. Nous avons donc décidé à l’origine de construire 17 qubits et de les mettre sur le cloud, Jerry Chow et moi-même. Mais nous voulions le sortir dans un court laps de temps, faire tous les calibrages et que tout fonctionne bien. En fin de compte, nous avons opté pour le système que nous avons testé plusieurs fois dans le laboratoire de recherche, qui comportait cinq qubits. Nous le faisions d’une manière où il était automatiquement calibré et tout ce qui va avec l’hébergement. Donc, en mai 2016, nous l’avons mis sur le cloud et je considère cela comme une date importante parce que je pense que c’est une date où beaucoup de gens ont constaté la différence entre la recherche et quelque chose de pratiquement utilisable.
OLIVIER EZRATTY| 18:31.261
La partie de l’histoire où il s’agissait encore de recherche fondamentale a un lien fort avec le centre où nous nous trouvons actuellement, donc Yorktown Heights (au nord de New York City). Je ne sais pas si c’est le siège de la recherche avec IBM. C’est là que l’entreprise compte le plus grand nombre de chercheurs.
JAY GAMBETTA | 18:46.691
Oui, Yorktown.
OLIVIER EZRATTY| 18:47.331
Ce centre a été créé il y a plusieurs décennies, je présume.
JAY GAMBETTA | 18:51.174
Ça, j’oublie l’année, c’était dans les années 60. Je crois en 1961. Dans les années 2007 à 2016, l’équipe quantique était toute petite. Nous travaillons sur un projet appelé « calcul multi-qubits » ou quelque chose comme ça et nous essayions de repousser la limite du nombre de qubits que nous pouvions coupler et de montrer que nous pouvions assembler des dizaines de qubits.
OLIVIER EZRATTY| 19:33.010
IBM est l’une des rares entreprises aux États-Unis dans le domaine informatique à faire de la recherche fondamentale et à bénéficier de cet investissement depuis longtemps. C’est similaire aux Bell Labs, je pense, qui sont tout aussi célèbres. D’ailleurs, de nombreux scientifiques quantiques y ont également créé beaucoup de choses. Peter Shor y travaillait.
OLIVIER EZRATTY| 19:51.238
Il est maintenant au MIT. Microsoft a créé son laboratoire bien plus tard, en 1991. Vous avez une forte tradition de recherche fondamentale, et quand cela peut devenir une activité commerciale, cela le devient à un moment donné, mais toutes les recherches n’aboutissent pas forcément.
JAY GAMBETTA | 20:09.973
Nous sommes très fiers de notre longue histoire. Ce bâtiment dans lequel vous vous trouvez, vous avez raison, il a fait beaucoup de grandes choses, que ce soit dans le domaine des semi-conducteurs et de l’IA. Je suis fier du fait que le quantique ait aussi démarré ici-même.
OLIVIER EZRATTY| 20:28.547
Avant d’atterrir ici chez IBM, IBM travaillait sur des qubits dits NMR, utilisant donc ce fameux test de factorisation de Shor avec un entier de petite taille. Quelles leçons peut-on en tirer ? Par cette expérience, parce que personne, je veux dire, à part une entreprise en Chine (SpinQ), ne travaille sur ce genre de qubits parce qu’ils ne sont pas assez stables à grande échelle. Alors quelles leçons peuvent être tirées du test d’une première version d’une sorte de qubit semi-fonctionnel et passer à un autre par la suite.
JAY GAMBETTA
Le quantique chez IBM a démarré bien avant que les gens ne le pensent. Je pense que Charlie Bennett a commencé tôt, avant 1973. Il y avait aussi un groupe théorique dirigé par David DiVincenzo (à qui l’on doit ses fameux critères). Et puis il y a eu le groupe expérimental. Le groupe RMN a en fait été réalisé dans le laboratoire californien.
OLIVIER EZRATTY| 21:27.582
À San José ?
JAY GAMBETTA | 21:28.303
Oui. Juste au sud de San Jose, à Almaden. La RMN était la bonne chose à tester. Il est devenu naturel de tester les propriétés de l’informatique quantique. Il y a donc eu de nombreux articles fondamentaux à la fin des années 1990, dans lesquels ils testaient la manière dont les qubits interagissaient et montraient ces algorithmes. Et ils ont été les premiers à y parvenir. Cela nécessitait de traiter de longs circuits. Et Matthias Stephan, dont j’ai déjà parlé, après avoir travaillé là-dessus, s’est tourné vers l’étude des qubits supraconducteurs, puis il est allé à Santa Barbara. Et donc, oui, vous avez fait marche arrière en termes de nombre de portes que vous pouviez exécuter, mais c’était à cause des propriétés de la RMN. Il y a quelques questions fondamentales principalement liées à la polarisation sur la façon dont vous pourriez faire évoluer cette technologie. Alors que les qubits supraconducteurs peuvent avoir une forte interaction et n’ont pas ces limitations. Je dirais donc que c’était un banc d’essai, mais ce que les gens ont réalisé après la série d’expériences à travers le monde en RMN. Il fallait isoler et obtenir un qubit beaucoup plus fortement couplé, ce qui a évidemment conduit à des propositions concernant les qubits supraconducteurs, les quantum dots, les ions piégés, les atomes neutres et tout ce que nous voyons aujourd’hui.
OLIVIER EZRATTY| 23:08.766
Mais si je me souviens bien, en 2002, 2003, 2004, le temps de cohérence d’un qubit supraconducteur était très petit par rapport à ce que nous avons aujourd’hui. C’était à l’échelle de la nanoseconde ou peut-être un peu plus, non ?
JAY GAMBETTA | 23:22.827
Oui, donc le premier qubit supraconducteur issu de NEC par Yasunobu Nakamura était en 1999, avec quelques nanosecondes de cohérence. Et comme je l’ai dit, quand je suis allé à Yale, c’était… C’était le premier, la boîte à paires de Cooper, qui est une variante du qubit supraconducteur. Il avait en fait une meilleure cohérence que le transmon lorsque nous l’avons construit. Il y a une certaine physique fondamentale derrière cela, mais tout est lié à l’ingénierie thermodynamique et à la manière dont le système se couple au monde extérieur pour que nous l’ayons finalement découvert. Mais l’avantage des transplantations, ou des qubits supraconducteurs en général, est que nous pouvons les construire là où nous le souhaitons. Nous pourrions concevoir leur couplage. Nous avons dû repousser et repousser les limites de la cohérence, et nous sommes très heureux d’être maintenant dans les trois millisecondes, ce qui nous place bien au-dessus de ces quelques nanosecondes des débuts.
OLIVIER EZRATTY| 24:25.258
Ces trois millisecondes relèvent d’une expérience en laboratoire, pas encore d’un produit.
JAY GAMBETTA | 24:29.379
Nous pouvons obtenir plusieurs millisecondes dans des jonctions à qubit unique, dans des processus à qubit unique. Dans les processus multi-qubits, en raison de certains défis techniques, nous obtenons environ 300 microsecondes.
OLIVIER EZRATTY| 24:48.067
Cela va changer tous les deux mois. Vous avez de nouveaux résultats. D’accord. Avant de nous lancer maintenant dans IBM, pouvez-vous nous expliquer ce qui s’est passé entre votre arrivée chez IBM et cette première mise en ligne de QPU dans le cloud ? Il y a donc eu quelques années là-bas. C’était donc de l’ingénierie.
JAY GAMBETTA | 25:09.245
La stratégie que nous avons adoptée pour les interactions multi-qubits a donc été lancée dès le début. Il y a ce conflit qui surgit entre la façon dont un système va décohérer et la façon dont je contrôle un système. Vous combattez toujours ce conflit. Beaucoup ont choisi de tout rendre réglable. Lorsque vous rendez tout réglable, on peut obtenir beaucoup plus de flexibilité dans les portes que l’on peut exécuter. Mais cela génère du bruit dans les qubits. Nous avons donc adopté la stratégie consistant à rendre nos qubits transmons non réglables et utilisant une jonction unique. L’une des clés que nous avions ici est que nous devions devenir très bons dans la conception de l’Hamiltonien. Comme rien n’était réglable, cela nous donnait la possibilité de les pousser à l’extrême. Nous nous sommes concentrés sur la façon dont nous allions concevoir des transmons et des portes à jonction unique afin de pousser les expériences à plusieurs qubits tandis que le reste du monde avait du mal avec l’accordabilité et le bruit. Cela nous donnait un avantage parce que nous pouvions pousser la cohérence plus loin. Depuis lors, nous avons assoupli l’accordabilité des coupleurs, mais nous gardons les transmons inajustables. Et je pense toujours que c’était le bon choix que nous avons fait pour nous débarrasser de l’accordabilité, mais c’était le cœur sur lequel nous avons concentré nos efforts de R&D, c’était de nous concentrer sur des jonctions simples qui n’étaient pas accordables pour vraiment repousser les limites de ce qui pouvait l’être.
FANNY BOUTON | 27:26.102
Revenons maintenant à IBM. Quel est aujourd’hui l’état de l’art en matière de matériel et de logiciels ?
JAY GAMBETTA | 27:37.805
Nous avons construit des systèmes de plus de 1 000 qubits, mais le système qui me tient le plus à cœur est celui que nous appelons le processeur Heron. C’est l’état de l’art. Il a la capacité d’avoir, comme je l’ai dit, une capacité d’accordage intégrée aux coupleurs et de lui donner des portes rapides. Le processeur Heron a un crosstalk très faible. Nous avons une grande cohérence et c’est ce qui nous a permis de mener quelques expériences, que nous appelons le régime d’utilité quantique, ce qui signifie que je suis au-delà de ce que je peux faire de simulation par force brute. Je dirais donc que le processeur Heron est à la pointe de la technologie en termes de matériel.
Ce que nous faisons ensuite, c’est nous concentrer sur la modularité. Alors, comment puis-je connecter plusieurs processeurs avec un câble micro-ondes qui me permet de transférer un signal quantique ? C’est ce que nous concevons dans ce que nous appelons le processeur Flamingo dont nous allons faire la démonstration ensuite. Nous le montrerons publiquement ensuite d’ici la fin de cette année. Cela nous donnera la possibilité de créer des processus modulaires.
Du point de vue logiciel, c’est une excellente question. Je ne pense pas qu’on en fasse assez en général. Comment pouvons-nous faire en sorte que la compilation et la transpilation, la transposition de circuits sur d’autres circuits supportés par le matériel, puissent être effectués de manière beaucoup plus évolutive et pour pouvoir exécuter des circuits plus compliqués avec le matériel. Nous avons intégré ce que nous appelons des circuits dynamiques dans le logiciel. Il s’agit de la possibilité d’effectuer des mesures en temps réel, effectuer des opérations conditionnelles et des opérations qui dépendent de ces résultats de mesure. Cela ouvre la voie à l’exploration d’états quantiques intéressants que je peux réaliser en un temps relativement plus court que si je n’avais pas de circuits dynamiques. C’est également un ingrédient clé nécessaire à la correction des erreurs. Nous travaillons beaucoup plus sur la façon dont le logiciel peut être composable. Il peut donc être intégré dans un calcul hybride. Comment le calcul classique et le calcul quantique peuvent-ils fonctionner ensemble dans le cadre d’architectures cloud hybrides. Vous pouvez donc appeler un ordinateur quantique sur site, dans le cloud, en plus de travailler avec le calcul classique et comment développer tout ce type de logiciel. Cela correspond à diverses innovations logicielles que nous avons publiées. Mais cela nous amène sur la voie où l’avenir de l’informatique sera à la fois une collaboration quantique-classique et des algorithmes orchestrés entre les deux.
FANNY BOUTON | 30:44.596
Vous disposez de Qiskit. C’est un très bon outil. Vous avez en fait une très bonne adoption dans le domaine quantique. Une nouvelle version est arrivée, et vous pourrez peut-être en parler aussi.
JAY GAMBETTA | 30:57.963
J’ai donc mentionné le mot Qiskit, mais Qiskit, oui, nous ne l’avons pas mentionné avant, après avoir mis l’ordinateur quantique sur le cloud. C’était une interface glisser-déposer. Ce n’était pas très utile, mais c’était quand même le premier du genre. Nous avons donc lancé un environnement de programmation que nous avons appelé Qiskit.
Qiskit a ensuite intégré un grand nombre de fonctionnalités. Il a fait exactement ce qu’il avait initialement prévu de faire, c’est-à-dire montrer qu’on pouvait commencer à programmer et envoyer des portes à un ordinateur quantique. Ensuite, une transition a été opérée pour le rendre plus stable et plus fiable et comment y obtenir des performances. Un grand pas en avant a été réalisé avec Qiskit 1.0. Nous avons commencé à formaliser de nombreuses API qui facilitent la communication et nous nous sommes beaucoup plus concentrés sur la vitesse et l’exécution de celles-ci. Il utilise donc moins de mémoire, s’exécute plus rapidement et dispose également de beaucoup plus d’analyseurs intégrés afin que les chercheurs puissent explorer différentes façons de compiler les circuits. C’est une étape importante dans cette voie vers des logiciels performants, que je pense que vous allez voir beaucoup plus. Il existe un débat sur la façon de créer des outils performants pour tirer le meilleur parti du matériel dont nous disposons aujourd’hui. Il est évident que nous devons encore intégrer de la correction d’erreurs et construire des systèmes plus grands, mais comment pouvons-nous en tirer le meilleur parti, comment simplifier l’obtention du meilleur parti du matériel quantique. Nous pouvons construire de manière à ce que les algorithmes puissent les rechercher et les exécuter et c’est ce que nous avons essayé de faire avec Qiskit 1.0 mais c’est la première d’une longue série d’étapes Et donc pour moi, Qiskit 2017 dure presque sept ans.
OLIVIER EZRATTY| 32:55.062
Cela fait huit années de bêta-test !
JAY GAMBETTA | 32:56.884
Exactement. Nous avons donc beaucoup appris. Il s’agit donc de reconstruire la plupart des choses, en sachant ce que nous avons appris maintenant en gardant à l’esprit les performances et la stabilité.
OLIVIER EZRATTY| 33:10.916
Si Apple utilisait la même numérotation, nous en serions seulement à l’iPhone 8 ou 9 !
JAY GAMBETTA | 33:17.521
Nous nous en sommes sortis, je pense que je suis passé à la version 0.46 ou peut-être 45, donc nous en avons eu quelques-uns avec ça.
OLIVIER EZRATTY| 33:26.983
Peut-on revenir sur les qubits eux-mêmes ? Vous souhaitez améliorer la fidélité de ces qubits, et il existe de nombreuses façons d’évaluer ces fidélités, avec les portes à un ou deux qubits. Vous avez là des objectifs très ambitieux. Pouvez-vous les reformuler un peu et nous dire ce qu’il est possible de faire avec les qubits supraconducteurs pour atteindre les soi-disant « trois neuf » ou « quatre neuf » de fidélité ? Quelle est la feuille de route pour atteindre ce niveau très ambitieux ?
JAY GAMBETTA | 33:57.702
Le problème avec le simple fait de donner des fidélités est que cela ne mesure pas le crosstalk entre les qubits. C’est donc ce que j’ai essayé de faire en fixant une ambition sur le nombre de portes pouvant être gérées dans notre feuille de route. Donc, si vous regardez la feuille de route, nous disons que nous voulons exécuter 5 000 portes, ce qui signifie que je veux essentiellement exécuter sur un appareil de plus de 100 qubits, 5 000 opérations. Si vous prenez ce chiffre, cela équivaut essentiellement à obtenir trois neuf de fidélité à la fin de cette année. Donc pour arriver à ce niveau de fidélité. Il s’agit d’une certaine intégration cohérente, mais plus important encore, cela garantit que les opérations ont beaucoup moins de crosstalk avec leurs voisins. Et ce chiffre n’est pas correctement mesuré quand on se contente de citer des fidélités, pour être honnête. Le théoricien vous dira que c’est parce que vous tracez simplement l’autre environnement et que cela devrait affecter le nombre. Mais en général, lorsqu’on propose un point de référence pour le mesurer, ce n’est pas le cas.
OLIVIER EZRATTY| 35:02.400
Cela n’aide pas même si vous essayez d’obtenir l’écart type sur ces fidélités.
JAY GAMBETTA | 35:06.202
Un jour, je pense que cela vaudrait la peine d’écrire un article sur toutes les façons dont vous pouvez mener les lecteurs en bateau avec des benchmarks.
OLIVIER EZRATTY| 35:17.587
Il existe de nombreuses façons de comparer. Oui.
JAY GAMBETTA | 35:19.968
Il existe également de mauvaises façons de le faire que vous pouvez adapter. Je n’entrerai pas dans les détails des articles qui ont mal fait les choses, mais il devient très difficile de comparer cela. Le volume quantique était une tentative de notre part de mesurer une métrique qui en tenait compte. Mais je pense que nous avons trop misé sur l’algorithme en essayant de normaliser le matériel pour qu’il n’atteigne pas correctement la mesure du crosstalk. Nous avons récemment publié un article sur la mesure, j’oublie le nom de l’article, mais mesurer, essayer de mesurer…
OLIVIER EZRATTY| 36:10.532
Les « Layer Gate » errors ?
JAY GAMBETTA | 36:12.573
Exactement. Vous connaissez même mon travail mieux que moi. Il s’agissait d’une tentative de mieux mesurer le crosstalk. Je dirais donc que réduire le crosstalk pour rendre possible l’exécution de circuits plus longs est le plus important, et c’est ce que nous insistons avec le processeur Heron. Nous en avons besoin d’un autre pour arriver à quatre neuf sur l’appareil. Eh bien, je vais peut-être vous renvoyer cette question. Voulez-vous que je réalise un « quatre neuf » dans un grand processeur à 100 qubit ou voulez-vous dire que sur l’ensemble de l’appareil, chaque porte a « quatre neuf » ? Ce sont des questions très différentes.
OLIVIER EZRATTY| 36:52.240
Je mettrais la barre au plus haut niveau. Ainsi, tous les couples sont possibles, même s’il s’agit d’un couplage longue distance, et sur au moins 100 qubits.
JAY GAMBETTA | 37:05.423
Alors oui, je suis d’accord.
OLIVIER EZRATTY| 37:07.805
Et avec un petit écart type. Si vous avez un écart type trop important, les erreurs les plus élevées vont détruire votre algorithme au début de votre circuit.
JAY GAMBETTA | 37:24.707
Je suis d’accord sur le but. Si vous avez un mauvais qubit ou quelque chose, il existe des moyens de le mesurer et de le contourner pour que cela n’affecte pas votre algorithme. Ce n’est donc pas une simple réponse par oui ou par non. Mais je suis d’accord avec l’objectif selon lequel nous voulons offrir à l’appareil une fidélité plus élevée. En plus d’intégrer simplement la cohérence, cela devient un fabuleux défi sur l’intégrité, le rendement, et tous ces types de questions. Pour faire cela de manière régulière, sans simplement post-sélectionner les meilleurs cas ou calibrer les meilleurs cas, c’est une combinaison de nombreux défis d’ingénierie ainsi que d’intégration de cohérence. Est-ce que je suis convaincu que nous pouvons atteindre quatre neuf ? Nous l’avons mis sur notre feuille de route. C’est l’une des conditions requises pour atteindre essentiellement les 15 000 opérations. Nous disons que pour chaque qubit de l’appareil, ce sera quatre neuf.
OLIVIER EZRATTY| 38:29.574
Je me posais cette question parce que lorsque vous regardez certaines feuilles de route de certains fournisseurs, même de certains chercheurs d’IMEC, consistant à améliorer la qualité de fabrication, en essayant de faire correspondre ce que nous faisons avec le CMOS au niveau des couches de type 2 nano, 3 nano, est un moyen d’améliorer la qualité de ces qubits, mais cela ne semble pas suffisant. Il y a aussi beaucoup d’ingénierie de conception derrière cela.
JAY GAMBETTA | 38:59.394
Oui, donc si vous voulez créer un moyen de créer des jonctions qui vous donnent de la prévisibilité afin que les fréquences soient toujours exactement celles que vous souhaitez. Cela n’est pas nécessairement nécessaire lorsque vous vous donnez la possibilité de modifier les fréquences des portes. Et donc l’un des avantages des transmons à jonction unique est que je peux concevoir même s’ils sont légèrement différents, je peux concevoir mes commandes pour ajuster cela afin que cela ne devienne pas l’un des problèmes, mais avoir des jonctions courtes à jonction ouvertes et des collisions dans les fréquences de qubits où vous obtenez des interactions indésirables et elles ont exactement la même fréquence, oui, c’est un problème. Je préférerais donc que chaque jonction fonctionne sur l’appareil. Plutôt que de se concentrer sur des méthodes permettant de créer des jonctions plus prévisibles. Fondamentalement, l’essentiel de la jonction, que nous appelons l’énergie Josephson d’une jonction, dépend de façon exponentielle de l’épaisseur du tunnel. C’est donc un problème difficile à résoudre. Nous avons développé des techniques post-FAB qui nous permettent d’intervenir et d’usiner ces jonctions par laser. Nous avons publié des articles à ce sujet. Nous pouvons post-régler les jonctions. Cela semble suffisant. Mais s’assurer que chaque qubit et chaque coupleur sont en bon état est la première exigence. La deuxième exigence est de s’assurer que leurs fréquences sont suffisamment éloignées les unes des autres pour qu’il n’y ait pas de collisions. Et puis s’assurer que chaque qubit a une cohérence élevée. Ce sont des cycles d’apprentissage. Comment puis-je réduire mes cycles d’apprentissage on l’on peut itérer très rapidement dans la fabrication ? C’est l’une des choses fondamentales que nous avons menées chez IBM. Nous voulons que nos cycles d’apprentissage soient suffisamment rapides pour que nous puissions proposer une nouvelle idée, itérer très vite et recommencer. Comment pouvons-nous examiner la moyenne ou le support ou même chaque porte de l’appareil et progresser dans nos cycles d’apprentissage par rapport aux fidélités ?
OLIVIER EZRATTY| 41:47.795
Si l’on regarde votre parcours, jusqu’à présent, tout est bon. Je veux dire, vous avez tellement de noms, gravez des noms pour vos QPU, itérations, Eagle, R1, R2, R3. Ainsi, parmi tous les fournisseurs présents sur le marché jusqu’à présent, je n’ai jamais vu autant d’itérations.
JAY GAMBETTA | 42:07.028
C’est une culture.
OLIVIER EZRATTY| 42:07.728
C’est lié au fait que vous avez une culture pour améliorer le cycle, tester et apprendre beaucoup de choses. D’ailleurs, nous avons eu cette discussion il y a un an. Apprendre, c’est se débarrasser de choses. Cela signifie se retirer de certaines voies. Pouvez-vous expliquer quelles sont les choses que vous détestez et que vous avez arrêté d’utiliser, par exemple ? J’en connais au moins deux.
JAY GAMBETTA | 42:35.505
Lesquelles ?
OLIVIER EZRATTY| 42:38.287
Du côté de la correction d’erreurs.
JAY GAMBETTA | 42:42.182
Oh, bien sûr.
OLIVIER EZRATTY| 42:51.246
Cela signifie faire des choix. C’est ce que je veux dire.
JAY GAMBETTA | 42:53.507
Oui, ce qui est très bien. J’en viens à la correction d’erreurs parce que c’est une bonne question. C’est une question de théorie, qui se mêle également à des expériences. Au début, je pense que c’était définitivement Jerry Chow, Matthias et quelques-uns d’entre nous qui voulions utiliser des codes de surface et nous voulions créer pour cela un réseau matriciel de qubits. Nos premiers designs de 7 qubits visaient exactement à faire cela. Parce que nous avons fait le choix d’opter pour des transmons à jonction unique, avec la cross resonance gate (ECR), cela signifiait qu’il ne fallait pas avoir trop de cibles. Sinon, la fidélité de l’appareil était mauvaise. Donc, plutôt que de pousser des codes pour le plaisir de pousser des codes, même si j’ai toujours imaginé que nous ferions de la correction d’erreurs, c’est pourquoi il est bon d’y revenir, j’ai fait le choix stratégique de créer une structure hexagonale de qubits (heavy hex). Et cela n’était pas justifié par un code particulier, mais par la création du meilleur réseau carré qui générerait le moins de collisions et qui nous permettrait de pousser l’intrication aussi loin que possible. L’équipe théorique de la correction d’erreurs a rapidement montré qu’elle pouvait obtenir un code de correction d’erreurs équivalent au code de surface en travaillant là-dessus. Alors je me suis dit, génial, double victoire. Mais le véritable objectif était de savoir comment construire un grand processeur capable de pousser cela. Ensuite, l’équipe théorique s’est concentrée sur ces codes qLDPC qui sont beaucoup plus efficaces, et c’est ce que nous avons maintenant intégré. Ainsi, une fois que nous avons réduit la crosstalk avec les portes CZ et des coupleurs accordables, nous pouvons maintenant construire des coupleurs distants. Donc, pour répondre à votre question, oui, nous aurions pu continuer à pousser une structure en matrice. Mais nous savions déjà que la probabilité de succès d’un appareil n’ayant aucune collision était proche de zéro. Nous nous sommes donc concentrés sur la conception d’un réseau carré qui fonctionne. C’en est donc définitivement un.
OLIVIER EZRATTY| 45:05.626
Nous devrions évoquer l’utilité quantique. C’est un sujet très récent poussé depuis juin 2023. Le premier article publié dans Nature portait sur l’utilisation d’un modèle dit de « kicked Ising » pour réaliser quelque chose qui serait difficile à reproduire sur un système classique. J’ai deux questions concernant ce document. Premièrement, quelques semaines plus tard, quelques équipes de recherche, dont celle de E. M. Stoudenmire du Flatiron Institute à New York, ont publié quelque chose qui disait qu’ils pouvaient faire cela de manière classique et facilement. Alors, quels sont vos commentaires à ce sujet ? Et la seconde est, comment une entreprise, je veux dire, une entreprise utilisatrice finale… transformer cette expérience en quelque chose d’utile parce que le modèle de kicked Ising n’est pas une manière générique de résoudre toute forme de problème. Alors, quel type d’application, une application du monde réel, B2B ou peut-être des problèmes de matière condensée, pourrait utiliser ce modèle ou certaines variantes de ce modèle de manière pratique ?
JAY GAMBETTA | 46:07.605
Je vais donc prendre un peu de temps pour répondre à cette question et j’en répondrai à tous les aspects. Ce que je veux dire par avantage quantique, c’est que je fais quelque chose de moins cher, de plus rapide ou de plus rentable que du classique. Obtenir un avantage quantique nécessite de réaliser deux choses qui sont : comment trouver un problème intéressant que je peux mapper sur des circuits quantiques ? Et la seconde est : comment puis-je exécuter sur un circuit quantique et obtenir un résultat fiable. Et je les considère fondamentalement comme deux choses différentes. Le premier concerne le domaine de la recherche sur les algorithmes, et il faut beaucoup d’innovation. Comment puis-je réellement créer des circuits quantiques difficiles à simuler ? Comment puis-je les mapper aux problèmes ? Avec les circuits dynamiques, il y a ces résultats passionnants selon lesquels les circuits dynamiques à profondeur presque constante seront plus difficiles à simuler que, par exemple, les circuits sans cela. J’ai donc mis tout cela dans cette recherche algorithmique et nous avons besoin de beaucoup plus de recherches algorithmiques qui examinent ce problème.
La seconde est une déclaration technique sur la façon d’obtenir des résultats fiables à partir d’un circuit quantique qui est plus rapide que ce qu’il me faudrait pour faire la simulation de force brute équivalente. Nous avons appelé cela l’utilité quantique. Le reste de la communauté n’a pas compris cette nuance. Et cela n’a rien à voir avec le problème réel que nous avons traité. C’est le circuit quantique que nous avons exécuté, issu d’une classe qui nécessitait beaucoup de portes à un et deux qubits, qui a montré les techniques que nous développons pour l’atténuation des erreurs à grande échelle (QEM, quantum error mitigation). Ils ont évolué à un point tel que je pouvais obtenir des résultats fiables au-delà de la simulation par force brute. Et je pense que cela n’a pas été compris par pas mal de membres de la communauté du calcul quantique. Quelques articles ont commencé à aborder ce sujet, et il existe quelques extensions à ce que signifie simuler un circuit quantique. Lors de l’IBM Summit de décembre 2023, Dorit Aharonov de Qedma a présenté ce concept de circuit quantique.
Elle présentait sa définition du nombre de qubits intriqués et définissait une taille critique de circuit non facilement émulable. Il faut démontrer des techniques telles que la mitigation des erreurs et éventuellement peut-être une correction d’erreur partielle si besoin, qui permettra d’obtenir des résultats fiables sur un circuit qui se situe au-delà.
Je maintiens que nous y sommes parvenus. La cartographie du problème, nous savions en fait que c’était simple. Le document actuel indique que la cartographie du problème est simple et que nous nous attendons à ce que les gens soient capables de simuler cette cartographie. et donc j’oublie exactement les mots qui se trouvent dans la dernière phrase ou dans deux phrases du résumé, mais c’est exactement cela.
Donc, ce que je pense que vous devez retenir, ce que nous devons faire, c’est garder ces deux questions à l’esprit. Pouvons-nous montrer ces techniques que nous développons sur la voie d’une éventuelle correction d’erreurs ? Permettez-nous de simuler des circuits. d’une assez grande échelle, et ce n’est pas seulement cela. Exécuter sur un ordinateur quantique des circuits à une échelle suffisamment grande. Ce n’est pas seulement ça. C’est aussi pour obtenir des résultats fiables. Je ne suis pas tellement intéressé à exécuter un grand circuit quantique et à obtenir des résultats aléatoires. Je ne sais pas comment distinguer le caractère aléatoire d’un circuit quantique du caractère aléatoire du bruit. Mais si je peux obtenir des résultats fiables, je peux mettre des barres d’erreur, la méthode scientifique. Et je peux être sûr que ces circuits me donnent des résultats fiables d’une certaine taille. Cela définit une époque différente dans mon esprit. et nous sommes définitivement dans cette époque. La première question de savoir quels circuits je dois cartographier, nous travaillons dur là-dessus. Est-ce que ça va être le kicked Ising model ? Non. Est-ce que ce sera autre chose qui, espérons-le, utilisera une certaine symétrie dans le problème ? Évidemment, pas trop de symétrie, car plus vous utilisez de symétrie, plus il est probable qu’il soit capable de simuler pour étudier quelque chose, par exemple en chimie ou quelque chose comme ça.
Je suis confiant dans ce domaine et des résultats internes passionnants vont sortir et suggèrent que nous repoussons cette limite. Mais cette cartographie des circuits quantiques et le fait de savoir quels circuits quantiques sont difficiles ont été la marque de tout ce que nous avons fait depuis le premier jour et nous avons toujours fait valoir ce point lorsque nous avons publié pour la première fois cette chimie efficace. Nous avons dit que nous choisissions ceci, et cela a amené beaucoup de gens à dire, oh, il y a des « plateaux stériles » (barren plateaus). Nous avons choisi ce circuit en sachant que cette famille de circuits est difficile à simuler et en démontrant que la chimie peut en tirer parti. Il y a donc des nuances dans ces deux questions. Je ne pense pas qu’aucune de ces questions, comme si nous n’avons pas la famille de circuits quantiques qui peuvent fonctionner sur du matériel à court terme qui… nous savons qu’il n’a pas de cartographie classique, c’est pourquoi nous n’avons pas revendiqué l’existence d’un avantage quantique. Mais ce que nous voulons dire lorsque nous parlons d’utilité, c’est que nous sommes dans une époque où l’on peut utiliser l’ordinateur quantique comme un outil scientifique plutôt que comme une simple référence à explorer.
OLIVIER EZRATTY| 52:05.889
Je vais reformuler ma question. Par exemple, cette démonstration serait-elle possible au-delà d’un modèle de kicked Ising ? Et par exemple, serait-il possible d’implémenter une sorte de VQE, donc un algorithme variationnel, pour faire une simulation chimique ?
JAY GAMBETTA | 52:24.861
Nous avons donc montré au sommet qu’il y avait 13 démonstrations différentes de circuits passionnants. Il y a plusieurs journaux différents. Rien ne le limite au modèle de kicked Ising. Le choix du modèle de kicked Ising était uniquement dû au choix de pousser l’atténuation des erreurs à l’extrême. Maintenant, le problème lorsque vous abordez un problème de chimie, le plus difficile, c’est que la cartographie est généralement très coûteuse, n’est-ce pas ? Non linéaire, qu’il s’agisse d’une cartographie de parité ou… ou d’un genre de chose qui ne pourrait pas, la cartographie des qubits en fermions peut être assez coûteuse et il y a beaucoup de questions intéressantes sur la façon de le faire plus efficacement et ce que je ne fais pas savoir répondre à votre question est sous cette cartographie, puis-je toujours le faire en profondeur comme nous l’avons fait et c’est une question difficile à répondre qui fait partie de la recherche algorithmique qui doit être effectuée
FANNY BOUTON | 53:36.578
Pouvez-vous décrire le défi 100×100 associé ?
JAY GAMBETTA | 53:43.901
Le défi 100×100 ? Personne ne l’a compris sauf quelques personnes. Nous l’avons reformulé comme le défi 5K, un nombre de portes exécutables dans un circuit quantique. Apparemment, c’est plus facile à appréhender pour les gens. Cela revient à ces deux étapes déjà évoquées. Notre objectif cette année est de créer un processeur capable d’exécuter des circuits de 5 000 portes, de vous donner des résultats fiables et d’atténuer toutes les erreurs. C’est donc ce que nous avons défini comme notre feuille de route. Ce que nous avons mis la communauté au défi, c’est de répondre à la première question : quels sont les circuits qui peuvent en tirer parti ? Et ce que je crois personnellement dans la recherche algorithmique, c’est qu’il y a beaucoup de recherches intéressantes sur les algorithmes quantiques à grande échelle, utilisant de nombreuses portes, comme les algorithmes quantiques tolérants aux pannes. Mais comment utiliser la complexité des circuits que nous pouvons réaliser dans les algorithmes ? Je pense que nous avons besoin d’un peu plus de recherche algorithmique. Et je l’ai dit à plusieurs reprises, et c’est ce que nous espérons obtenir avec ce défi. Nous avons donc créé des groupes de travail avec nos partenaires stratégiques dans les matériaux, en optimisation, en physique des hautes énergies et en sciences de la vie et dans la santé. Fondamentalement, pour trouver, pour ce type de problèmes, comment ils pourraient être mappés sur des circuits quantiques. et nous verrons ce que fait la communauté, mais j’espère qu’au cours des prochaines années, nous verrons de nombreux autres exemples qui répondront à votre première question sur le circuit à exécuter, mais maintenant je suis convaincu que nous devrions aimer avant de atténuation des erreurs à l’échelle Ce papier contenait donc 2880 portes et il était sur un processeur Eagle, donc de 127 qubits. Nous ne savions pas auparavant que l’atténuation des erreurs (QEM) fonctionnerait à cette taille. Maintenant que nous avons constaté un travail d’atténuation des erreurs d’une telle ampleur, nous voulons le pousser au niveau supérieur.
OLIVIER EZRATTY| 56:14.848
Peut-on revenir sur la fameuse feuille de route ? Bien sûr. Vous avez donc un grand nombre de QPU prévus dans les prochaines années, jusqu’à atteindre 100 000 qubits avec BlueJay en 2033. Vous disposez donc d’une feuille de route à très long terme avec de nombreuses étapes intermédiaires. Pouvez-vous décrire un peu cela et comment vous allez mettre en œuvre cette stratégie dite de mise à l’échelle, en assemblant de nombreuses puces ensemble ? Au fait, pourquoi les chips sont de taille apparemment limitée, jusqu’à 156 qubits, avec de nombreuses techniques d’assemblage différentes.
JAY GAMBETTA | 56:51.175
Donc, oui, ils ne sont pas limités à 150 exactement. Quel est exactement ce nombre, est-ce 400, est-ce 1 000, est-ce 100 est une question ouverte. Si vous remontez le temps dans notre feuille de route, le nombre de qubits n’était pas le facteur important. Le nombre 26 concernait essentiellement la technologie d’assemblage de puces de connectique sur la puce des qubits. Puis avec la technologie de multiplexage. Eagle intégrait une technologie permettant le passage de vias (TSV) dans les substrats et du câblage à plusieurs niveaux. Osprey intégrait les entrées/sorties et la mise à l’échelle du contrôle avec des câbles flexibles. Condor a poussé cela jusqu’à la limite jusqu’à 1121 qubits dans un seul cryostat. Avec Heron, nous avons intégré une nouvelle porte quantique à deux qubits (CZ), qu’il a fallu environ quatre ans pour intégrer. Du côté de la modularité, nous avons donc identifié il y a quelques années environ que nous voulions créer une série de coupleurs. Nous les avons appelés le coupleur M, le coupleur O. Le coupleur M est donc standard pour les multi-puces. Le coupleur O est standard pour les longues portées. Donc une puce ici, une longue portée vers une autre.
OLIVIER EZRATTY| 58:42.801
Longue portée, c’est-à-dire un mètre, deux mètres ?
JAY GAMBETTA | 58:44.863
Oui, environ un mètre, oui. Et puis le coupleur C signifiait couplage croisé. Nous avons donc identifié ces différents coupleurs. L’objectif de Crossbpill est de démontrer le coupleur M. L’objectif de Flamingo est de démontrer le coupleur L. Et puis le but de Kookaburra sera de démontrer le coupleur C. Si nous pouvons utiliser toutes ces techniques de couplage combinées avec ces nouveaux codes que nous avons publiés, ces codes qLDPC, qui sont bien plus efficaces, avec une sorte de bloc plutôt qu’une grande surface, vous créez des blocs et nous pouvons alors avoir comme un bloc de disons 12 qubits logiques. Cela permet de créer dans une puce des blocs d’environ 20 blocs logiques. Quelle taille exacte de ce bloc fait partie de la flexibilité que nous devons encore déterminer.
Ensuite, chacun de ces blocs peut être connecté à un autre bloc avec ce que nous appelons le coupleur L pour réaliser les portes à deux qubit entre puces. Je dirais donc que vous avez en quelque sorte compris la première partie de la feuille de route, qui est la technologie qui vous permet d’évoluer. Notre objectif est dans Kookaburra de démontrer tout cela. Ensuite, nous démontrerons comment nous allons injecter des états quantiques essentiellement dans Kookaburra qui équivaudrait à une mémoire quantique. Je ne pense pas que ce soit impossible. Nous sommes pleinement convaincus que nous pouvons intégrer cela dans Sterling, qui sortira en 2029. Et si je peux m’intégrer dans le Sterling, cela devient davantage une question. de réduire le coût, l’empreinte, la consommation d’énergie pour l’étendre à plus grande échelle. Nous avons donc déjà commencé à travailler sur la manière dont vous réduiriez le coût des contrôles. Comment utiliseriez-vous moins d’énergie ? Comment le feriez-vous, car si vous pouvez construire quelque chose qui coûte une somme d’argent ridicule à construire ou qui utilise une quantité ridicule d’énergie, cela n’est pas utile. Et donc pour votre électronique.
OLIVIER EZRATTY| 61:04.425
Vous avez obtenu un gain d’au moins un ordre de grandeur récemment, et vous pouvez peut-être atteindre un ou deux ordres de grandeur supplémentaires en termes de coût énergétique pour le contrôle ?
JAY GAMBETTA | 61:15.757
Pour atteindre ce niveau, nous devons nous éloigner de l’électronique basée sur FPGA que nous utilisons aujourd’hui. C’est ce que nous avons démontré expérimentalement, c’est une électronique qui fonctionne à froid (CryoCMOS). Je n’appellerais pas cela un produit ou quoi que ce soit que nous pourrions utiliser. C’est une belle démonstration. Nous avons publié les articles. Nous avons montré qu’il est possible de réaliser les portes et les choses que nous voulons. Mais nous avons encore beaucoup à faire pour que cela soit suffisamment fiable pour nos contrôles. Mais cela montre une voie à suivre dans ce que nous pensons exactement et qui nous permet de parvenir à une énergie réalisable.
OLIVIER EZRATTY| 61:56.070
Peut-être devrions-nous maintenant parler un peu d’affaires pour le reste de notre discussion. Quelle est votre approche globale avec les clients ? Vous avez donc débuté il y a huit ans avec l’offre Qiskit dans le cloud. Vous avez des tonnes de clients, des tonnes d’articles publiés. Quelle est votre approche globale ? Que vendez-vous ? Que souhaitez-vous vendre à l’avenir ?
JAY GAMBETTA | 62:23.534
Ce que nous proposons est un accès à un service d’informatique quantique. Nous fournissons l’informatique quantique en tant que service. Les utilisateurs exécutent donc des circuits quantiques. Notre approche consiste à construire une plateforme. C’est très simple. Nous voulons créer une plate-forme qui vous permet d’exécuter les calculs rendus possibles par la mécanique quantique. Je pense que nous avons vu à quel point les plates-formes sont importantes dans le secteur de l’IA et dans d’autres secteurs, et notre objectif est de construire cette plate-forme pour l’informatique quantique. Notre approche consiste donc à être assez transparents.
Comme dans ce podcast, j’ai essayé d’être très prudent en utilisant des mots comme avantage quantique ou des choses comme celle-ci afin de ne pas faire de promesses excessives. Nous serions assez transparents quant à l’endroit où se trouve la technologie. Même si nous sommes agressifs, nous pensons qu’il s’agit d’un outil scientifique. Et c’est ainsi que mon point de vue a toujours été. Cela remonte à l’époque où nous avons mis sur le cloud l’expérience quantique. Le meilleur moyen de faire avancer la science est de mettre l’outil scientifique entre les mains des gens. C’est pourquoi de nombreux universitaires et laboratoires gouvernementaux l’utilisent pour explorer la science. Et puis, au niveau de l’entreprise, toutes nos entreprises clientes sont des adeptes précoces qui veulent s’assurer qu’elles peuvent tirer parti de l’informatique quantique. Je ne pense pas qu’aucun d’entre eux s’attende à ce que l’informatique quantique leur apporte un retour sur investissement aujourd’hui. Mais ils veulent s’assurer qu’ils peuvent maximiser le succès de la manière dont cette plateforme sera intégrée.
OLIVIER EZRATTY| 64:13.718
C’est une vente à long terme. Lorsque vous parlez aux clients en ce moment, vous ne vendez pas une solution existante, vous vendez le plan de création d’une solution dans quelques années. C’est donc un mode de vente différent du traditionnel dans le secteur informatique.
JAY GAMBETTA | 64:29.850
Si vous vendez aux scientifiques des recherches algorithmiques, vous ne pouvez pas faire de recherches algorithmiques sans eux. Donc, si vous voulez être le leader dans la recherche algorithmique liée à son utilisation, par exemple, vous avez besoin de matériel. Contrairement à l’informatique classique. vous ne pouvez pas émuler un ordinateur quantique. Vous pouvez faire des choses où vous pensez l’imiter en vous en rapprochant, mais imiter exactement ce que fait l’ordinateur quantique, ce n’est pas possible au niveau où nous en sommes actuellement. Donc, si vous voulez repousser les limites de ce type de science, vous devez y avoir accès. Ce n’est donc pas une vente à long terme. Lorsqu’une technologie émerge, vous ne voulez pas manquer cette émergence. Beaucoup de ces entreprises avec lesquelles nous travaillons ont le même état d’esprit que nous, à savoir qu’il ne s’agit pas de savoir si cette technologie va se produire ? La question est plutôt de savoir quand. Maintenant, je ne crois pas que cela soit aussi long que beaucoup de gens. J’ai insisté de manière très agressive sur tout ce que nous avons fait et nous avons livré tout ce que nous avions prévu. Je ne nous vois pas attendre 2040 mais plutôt 2030 (pour faire des choses utiles) et ce n’est pas trop tôt de commencer maintenant pour s’y préparer.
FANNY BOUTON | 66:07.190
Quelles sont vos recommandations d’adoption pour les clients ? Pouvez-vous donner quelques conseils pour débuter ou approfondir ?
JAY GAMBETTA | 66:17.759
Cela dépend de ce client. Donc, s’il s’agit d’un client qui souhaite vraiment promouvoir la recherche algorithmique, comme un laboratoire national ou un universitaire, il devrait se lancer avec nos offres gratuites (jusqu’à 127 qubits depuis septembre 2023). Et ils devraient simplement commencer à le faire et ils devraient vraiment commencer à ne pas essayer de simuler cela avec un simulateur. Comme s’il était probablement plus coûteux d’utiliser un simulateur que d’utiliser du matériel réel, nous sommes maintenant à la taille des qubits que nous avons. Vous pouvez faire un calcul simple et indiquer le degré d’atténuation des erreurs nécessaire pour obtenir un chiffre fiable. Et c’est en fait moins cher d’utiliser du matériel. Donc, si vous voulez vraiment faire de la simulation, voyez si je peux créer des circuits quantiques. que je puisse les exécuter et les intégrer dans des applications, c’est l’espace que vous voulez être. Si vous travaillez dans le monde de l’entreprise, votre valeur dépend de la rapidité avec laquelle vous pouvez vous adapter aux tendances.
Nous conseillons donc à presque toutes les entreprises avec lesquelles nous travaillons de ne pas embaucher 100 personnes pour l’informatique quantique. Ce n’est pas ce que nous recommandons. Mais devriez-vous n’avoir aucune personne dans l’informatique quantique ? La réponse est non. Alors, comment constituer une équipe afin de maximiser le succès de la saisie, maximiser le succès de cette opportunité lorsqu’elle se présente et placer cette équipe dans un endroit où elle sait comment l’utiliser ? Je dirais que la plupart d’entre eux ont juste une petite équipe, de cinq personnes maximum et c’est le bon montant. Et généralement, ils veulent faire sortir cette équipe, ils veulent que cette équipe soit lancée rapidement et acquérir les compétences associées, et aussi créer des prototypes pertinents pour leur secteur d’activité afin de voir comment cette technologie sera adoptée. Nous conseillons donc fortement à de nombreuses entreprises qui travaillent avec nous. Si vous souhaitez embaucher beaucoup d’informaticiens et obtenir le meilleur rendement, embauchez les dans l’IA. Mais ne soyez pas absents dans le quantique.
FANNY BOUTON | 68:28.772
Merci beaucoup, Jay, pour cette interview. C’est la fin de ce 68e épisode des entretiens Decode Quantum. Merci à tous de nous suivre et à bientôt pour une nouvelle interview.
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