IBM Quantum Heron, le processeur quantique le plus performant de la compagnie à ce jour et disponible dans les datacenters quantiques mondiaux d’IBM, peut désormais exploiter Qiskit pour exécuter avec précision certaines classes de circuits quantiques allant jusqu’à 5 000 portes à deux qubits. Les utilisateurs peuvent désormais utiliser ces capacités pour étendre les explorations sur la façon dont les ordinateurs quantiques peuvent résoudre des problèmes scientifiques dans les domaines des matériaux, de la chimie, des sciences de la vie, de la physique des hautes énergies et plus encore.
Ceci contribue aux étapes importantes franchies dans le cadre de la feuille de route de développement quantique d’IBM et fait progresser l’ère de l’utilité quantique[1] à mesure qu’IBM et ses partenaires se rapprochent de l’avantage quantique et du système avancé à correction d’erreurs d’IBM prévu pour 2029.
Les améliorations combinées d’IBM Heron et de Qiskit permettent d’exécuter certains circuits quantiques simulant des modèles de « kicked Ising » jusqu’à 5 000 portes, soit près de deux fois le nombre de portes exécutées avec précision dans la démonstration de l’utilité quantique d’IBM en 2023. Ces travaux permettent d’étendre encore les performances des ordinateurs quantiques d’IBM au-delà des capacités des méthodes de simulation classique par force brute. L’expérience de l’utilité quantique de 2023, publiée dans Nature, a démontré les résultats de vitesse en termes de temps de traitement, par donnée, pour un total de 112 heures. La même expérience, utilisant les mêmes données, a été exécutée sur le dernier processeur IBM Heron et a été réalisée en 2,2 heures, soit 50 fois plus rapidement.
IBM a fait évoluer Qiskit pour en faire le logiciel quantique le plus performant au monde, afin de permettre aux développeurs de concevoir plus facilement des circuits quantiques complexes avec stabilité, précision et rapidité. C’est ce que montrent les résultats recueillis et publiés sur arXiv.org à l’aide de Benchpress, un outil de benchmark open source qu’IBM a utilisé pour mesurer Qiskit sur 1 000 tests, provenant en grande partie de tierces parties, et qui ont permis de constater qu’il s’agissait du kit de développement logiciel quantique le plus performant et le plus fiable par rapport à d’autres plateformes sélectionnées.

De nouveaux outils logiciels pour faire progresser le développement des algorithmes de nouvelle génération
La plateforme quantique d’IBM (IBM Quantum Platform) élargit encore les options avec de nouveaux services Qiskit tels que des capacités basées sur l’IA générative et des logiciels de partenaires d’IBM, permettant à un réseau croissant d’experts dans tous les secteurs d’activité de concevoir des algorithmes de nouvelle génération pour la recherche scientifique.
Cela inclut des outils tels que le service Qiskit Transpiler pour optimiser efficacement les circuits quantiques pour le matériel quantique avec l’IA ; Qiskit Code Assistant pour aider les développeurs à générer du code quantique avec des modèles d’IA générative basés sur IBM Granite ; Qiskit Serverless pour exécuter des approches initiales de supercalculateurs quantiques à travers des systèmes quantiques et classiques ; et le catalogue de fonctions IBM Qiskit pour mettre à disposition des services d’IBM, d’Algorithmiq, de Qedma, de QunaSys, de Q-CTRL et de Multiverse Computing pour des capacités telles que la réduction de la gestion des performances du bruit quantique, ainsi que l’abstraction des complexités des circuits quantiques pour simplifier le développement d’algorithmes quantiques.

« L’algorithme d’atténuation des erreurs par réseau tensoriel (TEM) d’Algorithmiq, disponible via le catalogue de fonctions IBM Qiskit, offre une atténuation des erreurs de pointe pour les circuits à une échelle utile en tirant parti des étapes vers les approches de supercalculateurs quantiques, offrant le temps d’exécution quantique le plus rapide que nous ayons jamais proposé aux utilisateurs », a déclaré Matteo Rossi, CTO d’Algorithmiq. « Avec les récentes avancées que nous avons réalisées pour combiner les ordinateurs quantiques avec un post-traitement sur des GPU, nous poussons les capacités de TEM à prendre en charge des circuits comportant jusqu’à 5 000 portes quantiques intriquées - une étape importante pour la mise à l’échelle des expériences quantiques et la résolution de problèmes complexes. Cela pourrait ouvrir la voie à des simulations et à des calculs quantiques jusqu’ici limités par le bruit. »

« Les progrès réalisés dans le matériel et les logiciels quantiques d’IBM sont essentiels à la mission de Qedma, qui consiste à créer des services permettant à nos utilisateurs d’exécuter les circuits quantiques les plus longs et les plus complexes », a déclaré Dorit Aharonov, Chief Scientific Officer chez Qedma. « Combinés à nos propres réalisations en matière d’atténuation des erreurs, que nous proposons via le service de Qedma dans le catalogue de fonctions IBM Qiskit, nous sommes impatients de poursuivre notre mission, qui consiste à permettre aux utilisateurs du monde entier de concevoir des algorithmes avec les systèmes quantiques actuels et d’obtenir des résultats de plus en plus précis ayant une valeur scientifique. »

Qiskit alimente l’intégration classique et quantique en vue de l’avenir de l’informatique
En tant que prochaine évolution du calcul haute performance, la vision d’IBM du supercalculateur quantique vise à intégrer des ordinateurs quantiques et classiques avancés exécutant des applications parallélisées pour décomposer facilement des problèmes complexes avec des logiciels performants, permettant à chaque architecture de résoudre les parties d’un algorithme pour lesquelles elle est la mieux adaptée. Ces logiciels sont conçus pour recomposer les problèmes de manière transparente et rapide, ce qui permet d’exécuter des algorithmes inaccessibles ou difficiles pour chaque paradigme informatique pris isolément.
RIKEN, un institut national de recherche scientifique au Japon, et la Cleveland Clinic, un centre médical universitaire et un établissement de recherche biomédicale de premier plan disposant d’un IBM Quantum System One de plus de 100 qubits sur leur site, explorent des algorithmes pour les problèmes de structure électronique qui sont fondamentaux pour la chimie.
Ces initiatives représentent les premiers pas vers des approches de supercalculateurs quantiques pour modéliser de manière réaliste des systèmes chimiques et biologiques complexes, une tâche historiquement considérée comme nécessitant des ordinateurs quantiques tolérants aux pannes.

Les premiers exemples de ces types de processus sont des méthodes basées sur un traitement classique parallèle d’échantillons individuels provenant d’ordinateurs quantiques. En s’appuyant sur des techniques antérieures, telles que la méthode QSCI de QunaSys, les chercheurs d’IBM et de RIKEN ont effectué des diagonalisations quantiques basées sur des échantillons dans des environnements de supercalculateurs quantiques, qui utilisent du matériel quantique pour modéliser avec précision la structure électronique des sulfures de fer, un composé largement présent dans la nature et dans les systèmes organiques.

Désormais disponible sous la forme d’un service Qiskit déployable, cette même technique est exploitée par la Cleveland Clinic pour étudier la façon dont elle pourrait être utilisée pour mettre en œuvre des simulations quantiques d’interactions non covalentes : des liaisons entre molécules qui sont essentielles à de nombreux processus scientifiques chimiques, biologiques et pharmaceutiques.

« Cette recherche est un exemple de ce qui fait le succès de notre partenariat de recherche : réunir les technologies de nouvelle génération d’IBM et l’expertise mondialement reconnue de la Cleveland Clinic dans le domaine des soins de santé et des sciences de la vie », a déclaré Lara Jehi, MD, Chief Research Information Officer à la Cleveland Clinic. « Ensemble, nous repoussons les limites scientifiques traditionnelles en utilisant des technologies de pointe telles que Qiskit pour faire avancer la recherche et trouver de nouveaux traitements pour les patients du monde entier. »

« Avec nos partenaires d’IBM, nous avons pu tirer parti de leur algorithme quantique avancé de simulation des structures électroniques pour étudier - pour la première fois - les interactions intermoléculaires sur l’IBM Quantum System One déployé à la Cleveland Clinic, qui sont importantes pour de futures applications potentielles dans la découverte et la conception de médicaments », a déclaré Kennie Merz, PhD and quantum molecular scientist à la Cleveland Clinic.

« Le RIKEN Center for Computational Science (R-CCS) mène le projet Japan High Performance Computing-Quantum (JHPC-Quantum), qui vise à concevoir une plateforme de calcul hybride quantique-HPC en intégrant notre supercalculateur, Fugaku, à un IBM Quantum System Two sur site alimenté par un processeur IBM Quantum Heron. À l’ère de l’utilité quantique, nous soutiendrons fermement l’objectif de l’initiative qui consiste à démontrer les approches de supercalculateurs quantiques en utilisant notre plateforme comme première étape vers cette nouvelle architecture informatique », a déclaré Mitsuhisa Sato, the director of Quantum-HPC Hybrid Platform Division, RIKEN Center for Computational Science.
De plus, l’Institut polytechnique Rensselaer utilise les outils Qiskit pour prendre les premières mesures en vue d’établir la première réalisation d’IBM d’un supercalculateur quantique sur un campus universitaire. Grâce à un logiciel performant, le RPI et IBM visent à connecter avec succès les applications du supercalculateur classique AiMOS et du Quantum System One d’IBM, tous deux situés sur le campus du RPI, dans un environnement informatique unique géré par un gestionnaire de ressources de calcul à haute performance standard.

« Depuis la présentation de l’IBM Quantum System One sur le campus du RPI au début de l’année, nous avons pris des mesures pour réaliser une autre grande première en commençant à relier le système quantique à notre supercalculateur AiMOS », a déclaré A. Schmidt, Ph.D., president of RPI. « Ce moment témoigne de notre partenariat de longue date avec IBM et, à l’instar de l’association de l’informatique quantique et de notre calculateur classique haute performance, nos deux institutions vont réaliser ensemble des percées passionnantes dans les années à venir. »

[1] IBM considère que nous sommes rentrés dans l’ère de l’utilité quantique depuis juin 2023, ère dans laquelle le matériel quantique peut exécuter des circuits quantiques plus rapidement et avec plus de précision qu’un ordinateur classique simulant un ordinateur quantique.