Informatique
Mise à l’échelle des ordinateurs quantiques avec des qubits à atome unique
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Qubits à atome unique: une nouvelle ère pour l’informatique quantique
Les ordinateurs quantiques sont des machines extraordinairement complexes, exploitant de minuscules variations du comportement d’atomes individuels pour le calcul. En tant que tels, ils utilisent et révèlent de nouvelles perspectives sur la nature même de l’univers à l’échelle atomique et des particules individuelles.
De telles perspectives seront probablement nécessaires pour construire des ordinateurs quantiques à grande échelle, car plus le système est complexe, plus il est difficile de le rendre suffisamment grand pour des utilisations pratiques.
Des chercheurs de l’Université de Sydney, en Australie, ont récemment réussi à encoder plusieurs données de calcul quantique dans un seul atome, ce qui pourrait révolutionner la taille physique des qubits informatiques quantiques (l’équivalent quantique des bits des ordinateurs « classiques »).
Ils ont publié leurs résultats dans la prestigieuse revue scientifique Nature Physics1, sous le titre « Ensemble universel de portes quantiques pour les qubits logiques Gottesman–Kitaev–Preskill ».
Rendre le qubit fiable
Actuellement, les qubits sont produits soit par une méthode appelée « ion piégé », soit en utilisant des matériaux supraconducteurs ultra‑froids.
Source: Forbes
Les deux méthodes ont leurs limites:
- Les ions piégés ne contiennent qu’un petit nombre de qubits, mais sont plus fiables et génèrent moins d’erreurs.
- Les matériaux supraconducteurs possèdent davantage de qubits et devraient être plus faciles à mettre à l’échelle, mais sont plus sujets aux erreurs.
Dans les deux cas, le taux d’erreur affecte le rapport qubits physiques/qubits logiques, c’est‑à‑dire le nombre de qubits physiques nécessaires pour créer un qubit fonctionnel du point de vue du calcul.
À mesure que le nombre de qubits utiles (ou logiques) augmente, le nombre de qubits physiques requis augmente encore davantage. À grande échelle, le nombre colossal de qubits nécessaires pour créer une machine quantique utile devient un cauchemar d’ingénierie.
Ainsi, rendre les ordinateurs quantiques plus résistants aux erreurs est peut‑être la tâche la plus importante des chercheurs du domaine actuellement, car cela éliminerait le principal obstacle à la construction d’ordinateurs quantiques utiles à grande échelle.
Glissez pour faire défiler →
| Type de qubit | Évolutivité | Taux d’erreur | Température |
|---|---|---|---|
| Ion piégé | Faible (quelques qubits) | Faible | Température ambiante |
| Supraconducteur | Élevée | Élevé | Proche du zéro absolu |
| Atome unique (Sydney) | Potentiellement élevée | Corrigible avec GKP | Température ambiante |
Réduire la taille des qubits
Les chercheurs australiens ont utilisé un système d’informatique quantique à ion piégé (avec un atome chargé d’ytterbium) et une forme d’encodage des données appelée code Gottesman‑Kitaev‑Preskill (GKP).
Le GKP est un type de code censé aider à corriger les erreurs dans les ordinateurs quantiques. Mais en créer un en pratique a jusqu’à présent été difficile.
L’essentiel est de créer une « porte logique », un commutateur d’information qui permet aux ordinateurs – quantiques et classiques – d’être programmables.
En utilisant un logiciel de contrôle quantique développé par Q‑CTRL, une start‑up dérivée du Quantum Control Laboratory, les chercheurs ont encodé les données dans un seul atome, en 3D.
En substance, deux ensembles de données sont stockés sous forme de vibration d’un seul atome, un ensemble correspondant à la vibration de « gauche à droite », et l’autre à la vibration de « haut en bas ».
« En pratique, nous stockons deux qubits logiques corrigibles d’erreurs dans un seul ion piégé et démontrons l’intrication entre eux.
Vassili Matsos – doctorant à l’École de physique et Sydney Nano»
Construire une porte logique à atome unique
Pour réaliser cet exploit de physique quantique, ils ont utilisé un ensemble complexe de lasers à température ambiante pour maintenir l’atome unique dans le piège, permettant de contrôler et d’exploiter ses vibrations naturelles afin de produire les codes GKP complexes.
Source: Nature Physics
La partie « température ambiante » est très importante, car elle rend l’opération intrinsèquement plus facile et moins coûteuse que les ordinateurs quantiques supraconducteurs qui nécessitent une température proche du zéro absolu et de l’hélium liquide.
Nos expériences ont montré la première réalisation d’un ensemble universel de portes logiques pour les qubits GKP.
Nous l’avons fait en contrôlant précisément les vibrations naturelles, ou oscillations harmoniques, d’un ion piégé de manière à pouvoir manipuler des qubits GKP individuels ou les intriquer en paire.
Vers des ordinateurs quantiques évolutifs
C’est la combinaison de contrôles à température ambiante, d’une porte logique à atome unique et d’un code de réduction d’erreurs qui rend cette découverte si importante.
Ensemble, cela ouvre la voie à un nouveau type d’ordinateur quantique à ion piégé qui pourrait être beaucoup plus simple à construire et beaucoup plus facile à mettre à l’échelle.
« Nos expériences ont atteint une étape clé, démontrant que ces contrôles quantiques de haute qualité offrent un outil essentiel pour manipuler plus d’un qubit logique.
En démontrant des portes quantiques universelles avec ces qubits, nous disposons d’une base pour travailler vers le traitement d’information quantique à grande échelle de manière très efficace sur le plan matériel.
Parallèlement, plusieurs nouvelles découvertes ont récemment montré le potentiel d’interconnexion des ordinateurs quantiques. Ainsi, si chacun devient plus puissant et que les réseaux quantiques se rapprochent de la réalité, cela pourrait engendrer une explosion de la capacité de qubits utilisables.
Ordinateurs quantiques ouvrant de nouvelles perspectives en physique
Les ordinateurs quantiques à grande échelle sont susceptibles de révolutionner la cryptographie et la recherche scientifique, grâce à leur capacité massive à résoudre des problèmes complexes trop difficiles à calculer avec des ordinateurs binaires.
Mais cela pourrait également ouvrir indirectement une toute nouvelle façon pour les physiciens d’étudier le domaine quantique.
C’est ce qui ressort des analyses réalisées sur les ordinateurs quantiques de Google par des chercheurs de l’Université de Princeton, de l’Université Cornell, de l’Université Purdue, de l’Université de Nottingham (R.-U.), de l’Université technique de Munich (Allemagne) et de Google Research, selon une nouvelle publication dans Nature2, intitulée « Visualisation des dynamiques de charges et de cordes dans les théories de jauge sur réseau (2 + 1)D ».
Mesurer la théorie de jauge
L’ordinateur quantique de Google permet aux chercheurs d’expérimenter et de tester la soi‑disant « théorie de jauge sur réseau » (LGT), un type de théorie quantique des champs postulant l’existence de champs de jauge (des champs qui médiatisent les forces, comme le champ électromagnétique) et de bosons de jauge (les particules élémentaires qui transportent ces forces).
Source: Nature
L’équipe a montré comment les particules et les « cordes » invisibles qui les relient se comportent, fluctuent et même se rompent.
Source: Nature
Les chercheurs ont confirmé dans cette étude que ces « cordes » pouvaient être mesurées et observées dans les ordinateurs quantiques.
« En exploitant la puissance du processeur quantique, nous avons étudié la dynamique d’un type spécifique de théorie de jauge et observé comment les particules et les « cordes » invisibles qui les relient évoluent au fil du temps. »
En créant des situations très contrôlées pour observer les effets quantiques, sans nécessiter les niveaux d’énergie très élevés des accélérateurs de particules, il devient clair que les ordinateurs quantiques pourraient devenir des outils clés de la recherche en physique fondamentale.
« Notre travail montre comment les ordinateurs quantiques peuvent nous aider à explorer les règles fondamentales qui régissent notre univers.
En simulant ces interactions en laboratoire, nous pouvons tester les théories de nouvelles manières.
L’avenir des ordinateurs quantiques évolutifs
Le potentiel des ordinateurs quantiques reste encore à être pleinement compris, car ils sont régulièrement réinventés à partir de leurs principes fondamentaux, un peu comme les premiers ordinateurs qui sont passés des cartes perforées aux tubes à vide puis aux transistors en silicium. Except que le rythme du changement est bien plus rapide.
Cela implique que très bientôt, nous pourrions voir des progrès majeurs dans la fabrication d’ordinateurs quantiques plus grands et plus puissants, qui pourraient également être interconnectés pour des capacités encore plus importantes.
Cela pourrait ouvrir la voie non seulement à des capacités de calcul bien plus élevées, mais aussi à une compréhension entièrement nouvelle de la matière et de la physique quantique, avec, par exemple, un tout nouvel état de la matière comme l’« état topologique » récemment démontré par les équipes de calcul quantique de Microsoft (puce Majorana‑1) (MSFT ).
Investir dans l’informatique quantique
Honeywell / Quantinuum
HON Graphique du prix
Alors que l’ordinateur quantique de Google pourrait révéler de nouvelles perspectives sur la théorie de la physique quantique, la découverte d’un qubit potentiel à un atome utilisant la technologie d’ion piégé semble rendre cette méthode beaucoup plus proche de la viabilité commerciale que les ordinateurs quantiques supraconducteurs.
Quantinuum est le résultat de la fusion de Honeywell Quantum Solutions et de Cambridge Quantum.
Honeywell reste l’actionnaire majoritaire de la société (probablement 52 % de participation) après une levée de fonds l’évaluant à 5 milliards de dollars. Le fondateur Ilya Khan détiendrait environ 20 % de la société. Les autres actionnaires comprennent JSR Corporation, Mitsui, Amgen (AMGN ), IBM et JP Morgan.
Une IPO potentielle de Quantinuum à l’avenir, éventuellement dans le cadre d’une restructuration d’entreprise plus large, est estimée à une valeur pouvant atteindre 20 milliards de dollars et pourrait se produire entre 2026 et 2027.
L’informatique quantique n’est pas le cœur de métier de Honeywell, qui se concentre davantage sur les produits aérospatiaux, l’automatisation et les produits chimiques et matériaux spécialisés.
Chacun de ces domaines pourrait toutefois bénéficier de l’informatique quantique, en particulier la chimie computationnelle et la cybersécurité quantique, offrant potentiellement à Honeywell un avantage sur ses concurrents.
Le modèle principal de la société pour l’instant est le H2, une puce à ion piégé de 56 qubits, avec une fidélité de porte à deux qubits de 99,895 %.
L’entreprise a poursuivi un calcul de haute qualité avec très peu d’erreurs, plutôt que d’ajouter simplement le plus grand nombre possible de qubits, créant ainsi ce que l’on appelle « l’informatique quantique tolérante aux fautes ».
Cette approche est désignée par l’entreprise « De meilleurs qubits, de meilleurs résultats », avec un nombre similaire de qubits obtenant des résultats 100 à 1 000 fois plus fiables.
Source: Quantinuum
Cela pourrait faire une différence notable dans la cryptographie résistante aux quanta, très nécessaire, avec la société de défense Thales (HO.PA -0,96 %) déjà en collaboration avec Quantinuum ainsi que les banques internationales HSBC et JP Morgan.
Quantinuum propose également sa chimie computationnelle quantique propriétaire InQuanto, utilisable pour les produits pharmaceutiques, les sciences des matériaux, les produits chimiques, l’énergie et les applications aérospatiales.
Comme de nombreuses autres entreprises d’informatique quantique, Quantinuum propose Helios, un « hardware-as-a-service », permettant aux utilisateurs de bénéficier de l’informatique quantique sans devoir gérer la complexité du fonctionnement du système eux‑mêmes.
Quantinuum a signé en novembre 2024 un partenariat avec le fabricant allemand Infineon, le plus grand fabricant de semi-conducteurs d’Europe. Infineon apportera sa technologie de photonique intégrée et d’électronique de contrôle pour aider à créer la prochaine génération d’ordinateurs quantiques à ion piégé.
Alors que la photonique intégrée se rapproche des cas d’utilisation pratiques, il est désormais clair à quel point ce partenariat pourrait être important pour l’avenir de Quantinuum. À ce stade, il semble que la prochaine étape pour l’entreprise sera de lancer la première puce photoniques‑quantique axée sur l’IA au monde.
Dans les mois à venir, Quantinuum partagera les résultats des collaborations en cours, démontrant le potentiel révolutionnaire des avancées quantiques dans l’IA générative.
La capacité innovante Gen QAI améliorera et accélérera l’utilisation des cadres organiques métalliques pour la délivrance de médicaments, ouvrant la voie à des options de traitement plus efficaces et personnalisées, avec des détails qui seront dévoilés lors du lancement d’Helios.
Quantinuum annonce une percée en IA quantique générative avec un potentiel commercial massif
D’autres cas d’utilisation en cours pourraient fortement augmenter la valeur future de l’entreprise, et donc la participation de Honeywell, ainsi que le profit potentiel que les investisseurs pourraient en tirer.
(Vous pouvez en savoir plus sur le reste des activités industrielles de Honeywell dans l’automatisation, l’aérospatiale et les matériaux avancés dans le rapport dédié à l’entreprise).
Dernières nouvelles et développements de l’action Honeywell (HON)
Études référencées
1. Matsos, V.G., Valahu, C.H., Millican, M.J. et al. Ensemble universel de portes quantiques pour les qubits logiques Gottesman–Kitaev–Preskill. Nature Physics. (2025). https://doi.org/10.1038/s41567-025-03002-8
2. Cochran, T.A., Jobst, B., Rosenberg, E. et al. Visualisation des dynamiques de charges et de cordes dans les théories de jauge sur réseau (2 + 1)D. Nature 642, 315–320 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08999-9
