Contexte et objectifs
Les qubits physiques d’aujourd’hui commettent une erreur tous les quelques centaines d’opérations. Sans correction, ces fautes s’accumulent et rendent impossibles les algorithmes nécessitant des milliards d’opérations sans erreur, comme l’algorithme de Shor ou les simulations moléculaires en chimie. Le partenariat entre IBM, AMD et le Quantum Science Center d’Oak Ridge National Laboratory vise à fournir une infrastructure capable d’évaluer et d’accélérer les techniques de correction d’erreurs (QEC) à l’échelle requise pour ces charges de travail.
Architecture du co‑design
La plateforme combine les ordinateurs quantiques d’IBM, dont le processeur Nighthawk de 120 qubits à connectivité en réseau carré, avec le système Umbra d’ORNL. Umbra repose sur les GPU AMD Instinct MI355X et les CPU AMD EPYC 5e génération, offrant une puissance de calcul haute performance pour le traitement en temps réel des données de mesure quantique. Cette co‑conception permet d’exécuter simultanément les circuits quantiques et les algorithmes classiques d’optimisation, réduisant la latence entre la mesure du qubit et la correction appliquée.
Mécanismes de correction d’erreurs
Les chercheurs peuvent mesurer les qubits au cours d’un calcul, extraire les signaux bruts et déclencher des impulsions de correction avec une précision temporelle réglable. Le contrôle en temps réel repose sur la capacité du Nighthawk à fournir des signaux de contrôle à haute fréquence, tandis que les GPU MI355X exécutent les algorithmes de décodage de syndrome et les modèles de machine learning qui identifient les erreurs. Cette boucle fermée génère les données nécessaires pour affiner les codes de correction et tester de nouvelles architectures logicielles.
Implications et limites
En intégrant le calcul quantique et le calcul haute performance, la plateforme ouvre la voie à des expérimentations à grande échelle, notamment la simulation de matériaux magnétiques et de configurations moléculaires pour le combustible de fusion, déjà démontrée avec le supercalculateur Frontier. Cependant, la dépendance à une infrastructure HPC dédiée limite la portabilité du dispositif : les performances de QEC restent liées à la disponibilité des GPU AMD et des CPU EPYC. De plus, le taux d’erreur de quelques centaines d’opérations impose encore des exigences strictes sur la fidélité des mesures, ce qui peut contraindre la taille des circuits testés. Malgré ces contraintes, la plateforme fournit un banc d’essai unique pour valider les hypothèses théoriques de QEC dans un environnement réaliste.
