« Graphene » : voici le nom de la puce à 100 qubits logiques d’Alice&Bob, dont l’arrivée est planifiée en 2030. Sans rapport avec ce matériau 2D, elle serait l’aboutissement de la première feuille de route formellement révélée par la deeptech française, ce 4 décembre 2024.
Si jamais elle voit le jour, la puce Graphene marquera le début de « l’ère quantique » pour l’offre de la deeptech. Traduction : elle serait capable de résoudre les premiers problèmes industriels concrets hors de portée d’un ordinateur classique. Alice&Bob ne donne pas d'exemple concret.
Le chemin est encore long quoi qu'il en soit, car Alice&Bob doit d’abord mettre au point son premier qubit logique, la brique de base pour exécuter des algorithmes quantiques. Un qubit logique sert à encoder l’information de façon redondante sur un certain nombre de qubits physiques. Moyennant un code de correction d’erreurs - celles-ci restant inévitables -, on peut obtenir un ensemble de qubits résistant mieux aux erreurs qu’un seul qubit physique pris individuellement
Un qubit nativement résistant au bit-flip
C’est le deuxième jalon de cette feuille de route, laquelle ne livre aucune date intermédiaire – à la manière de ce que fait Google. Il est vrai que, par le passé, Alice&Bob avait communiqué les échéances de 2023 puis 2024 pour l’obtention de ce qubit logique… dont on n’a pas vu la couleur.
Le premier jalon a été atteint cette année avec la puce Boson 4, à disposition sur le cloud de Google. Boson 4 a été une preuve de concept, montrant expérimentalement que le qubit de chat – le qubit supraconducteur spécifique développé par Alice&Bob - était structurellement protégé contre les erreurs de type « bit flip » (renversement de bit).
C’est l’un des deux types d’erreur, avec le « phase flip » (renversement de phase), qui découle de la perte de cohérence d'un qubit (c'est-à-dire la perte de ses propriétés quantiques liées à la superposition d'états). La deeptech avait annoncé au printemps dernier une durée record de 7 minutes concernant cette résistance au « bit flip ». Une éternité dans le monde quantique… La prépublication scientifique est prévue avant fin décembre.
Le code de répétition appliqué au quantique
Pour parvenir au qubit logique, l’enjeu de cette deuxième étape, Alice&Bob se fixe donc pour objectif de corriger les erreurs de « phase flip », le « bit flip » étant écarté grâce à l’architecture même du qubit. Le support de l’expérience sera la puce Helium, présentée cette année et comportant 16 qubits de chat.
Alice&Bob convoque un code de correction d’erreur connu dans les télécommunications, le code de répétition. Comme son nom le suggère, celui-ci consiste à répéter plusieurs fois l’information, par exemple trois fois le bit « 0 » pour transmettre un seul bit utile « 0 ».
A réception, si jamais un « 0 » s’est transformé en « 1 » durant la transmission à cause du bruit (interférences…), un vote de majorité exercé sur ces trois bits (deux bits contre un) permet d’identifier l’erreur et de remettre le bit fautif à la valeur « 0 ».
Un tel algorithme ne peut cependant s’appliquer tel quel dans un ordinateur quantique, faute de pouvoir lire directement un qubit : toute mesure détruit la nature quantique du qubit, et avec lui l’avantage du calcul quantique sur le calcul classique.
Cette mesure peut toutefois s’exercer sur des qubits auxiliaires, connectés aux qubits de données qui, eux, portent l’information quantique. Des qubits similaires jouent le même rôle dans les puces quantiques de Google, Amazon ou encore IBM, fondées aussi sur des qubits supraconducteurs.
Alice&Bob envisage de connecter chaque qubit auxiliaire avec deux qubits de données voisins et de former une architecture linéaire pour exécuter ce code de répétition.
Reporter la phase et mesurer le cumul des erreurs
A cet effet, deux opérations sur les qubits devront d’abord être mises au point : une porte CNOT (controlled NOT) sur deux qubits pour reporter l’information de phase d’un qubit de donnée sur le qubit auxiliaire voisin, ensuite, la mesure régulière (appelée Mx) sur chaque qubit auxiliaire du cumul des changements de phase.
Alice&Bob Pour exécuter le code de répétition, Alice&Bob a opté pour une chaîne de qubits (jaune : qubit de donnée, vert : qubit auxiliaire).
Le but est d’obtenir un qubit logique à partir de 16 qubits physiques, avec un taux d’erreur logique de 1 pour 100 opérations. Voilà le défi technologique immédiat auquel vont se frotter Alice&Bob ces prochains mois.
Si la feuille de route est respectée, l’étape suivante sera la puce Lithium (48 qubits physiques pour 4 qubits logiques, avec un taux d’erreur de 1 pour 1000), qui impose notamment de doubler la densité des qubits grâce à une technique de fabrication 3D.
Puis Viendra Berrylium (250 qubits physiques, 5 qubits logiques et taux d’erreur de 1 pour 10000), et donc Graphene en 2030 : 100 qubits logiques pour 2000 qubits physiques, avec un taux d’erreur logique de 1 pour 1 million. La simulation de systèmes physiques demande à priori un taux d'erreur 100 fois moindre.
Levée de fonds et salle blanche
C’est à ce moment-là que la deeptech compte mettre en œuvre le code de correction d’erreur LDPC (low density parity check), qui a fait l’objet d’une publication scientifique en collaboration avec l’Inria en début d’année. L’idée est réduire le nombre de qubits physiques pour constituer une qubit logique, bien en-deça de ce qui est requis chez Google avec un autre code de correction d’erreur, le code de surface.
L’annonce de ce 4 décembre est aussi l’occasion pour la deeptech de publier un livre blanc décrivant par le menu les avantages de son qubit de chat, sa feuille de route et les architectures pour corriger les erreurs.
Alice&Bob, pour réaliser ses ambitions, espère lever des fonds (série B) ces prochains mois. Elle projette aussi de construire sa propre salle blanche pour fabriquer ses puces.
