AWS Center for Quantum Computing est vivant à Caltech

Matériel quantique AWSUn ingénieur en matériel quantique travaille sur l’un des réfrigérateurs à dilution utilisés au AWS Center for Quantum Computing. Les réfrigérateurs à dilution ont plusieurs plages de température pour refroidir les processeurs quantiques à seulement une fraction de degré au-dessus du zéro absolu. (Photo AWS)

Cela fait près de deux ans qu’Amazon Web Services a annoncé une initiative d’informatique quantique qui comprenait la création d’un AWS Center for Quantum Computing – et aujourd’hui AWS ouvre la boîte, à la manière de Schrödinger, pour révéler que le centre est vivant et plonge dans l’étrangeté quantique. dans un nouveau bâtiment sur le campus de Caltech à Pasadena, en Californie.

Caltech affirme que l’installation de 21 000 pieds carrés sur deux étages est le premier bâtiment de partenariat d’entreprise sur son campus. Le « premier jour » est arrivé en août, a déclaré Oskar Painter, un professeur de physique de Caltech qui dirige le centre.

« Nous sommes dans le bâtiment », a déclaré à . Painter, responsable du matériel quantique du centre AWS. « Nos gens ont travaillé là-bas, ce qui a été formidable. Évidemment, nous aurions été éloignés de toute façon, étant donné le COVID [pandemic], mais ça a été un très bon moment pour revenir, se voir et célébrer cette installation.

Le centre réunira des développeurs AWS et des chercheurs universitaires, non seulement de Caltech mais d’autres institutions du pays, pour résoudre des problèmes faisant obstacle à une révolution de l’informatique quantique. Parmi les collaborateurs figurent des chercheurs de l’Université de Washington, de Stanford, du MIT, de Harvard et d’autres puissances informatiques.

Centre AWS pour l'informatique quantiqueL’AWS Center for Quantum Computing est logé dans le bâtiment beige clair carré visible au premier plan de cette photo aérienne du campus de Caltech. (Photo AWS)

« Notre nouvelle installation comprend tout ce dont nous avons besoin pour repousser les limites de la R&D quantique, de la fabrication, des tests et de l’exploitation de processeurs quantiques à l’innovation des processus de contrôle des ordinateurs quantiques et des technologies que nous devrons faire évoluer pour prendre en charge de plus gros appareils quantiques, comme systèmes de refroidissement cryogénique et câblage. Nadia Carlsten, chef de produit pour le centre AWS, a déclaré dans un article de blog.

Painter a déclaré qu’AWS avait décidé d’installer l’installation à Pasadena en partie à cause du rôle historique de Caltech dans la physique quantique. Le regretté physicien de Caltech Richard Feynman, par exemple, occupe une place importante dans le panthéon quantique. Un autre sommité de Caltech, John Preskill, a rejoint l’effort de recherche quantique d’Amazon l’année dernière.

L’informatique quantique vise à tirer parti de phénomènes étranges à l’échelle quantique qui pourraient résoudre des problèmes jugés pratiquement insolubles en utilisant le paradigme binaire, un ou zéro de l’informatique classique.

Comme le chat mort-vivant dans la célèbre expérience de pensée d’Erwin Schrödinger, les bits quantiques (également appelés qubits) peuvent être considérés comme représentant à la fois des uns et des zéros jusqu’à ce qu’ils soient observés à la fin d’un calcul.

Les physiciens affirment que l’approche est particulièrement bien adaptée à des tâches telles que l’optimisation de réseau, la factorisation et le cryptage premiers, et les simulations d’interactions moléculaires pour la science des matériaux. Les avantages potentiels pourraient inclure des médicaments plus efficaces, de meilleures batteries, des prévisions météorologiques plus précises et des prévisions de marché plus prémonitoires.

L’AWS Center for Quantum Computing est dirigé par Oskar Painter, responsable du matériel quantique, à gauche ; et Fernando Brandao, responsable des algorithmes quantiques, à droite. Bill Vass, vice-président de la technologie d’AWS, se tient entre eux, tenant un processeur quantique AWS emballé. (Photo AWS)

Mais il y a encore d’énormes défis à résoudre, avec la correction d’erreurs en tête de liste. Que les qubits soient générés par des circuits supraconducteurs, des ions piégés ou des photons, les états quantiques sont généralement si délicats qu’il est possible que les qubits soient perturbés et mal interprétés. La réduction des taux d’erreur sera une exigence pour de nombreuses applications des ordinateurs quantiques.

« Nous avons plusieurs ordres de grandeur à couvrir. Disons neuf ordres de grandeur », a expliqué Painter. « Si vous regardez comment les qubits se sont améliorés physiquement au fil du temps, ils s’améliorent essentiellement d’un facteur de deux tous les deux ans. … Donc, si vous devez couvrir neuf ordres de grandeur, vous parlez d’environ 60 ans pour arriver à des applications réelles. Nous ne voulons pas attendre 60 ans.

Les chercheurs du centre AWS étudient une approche hybride qui utilise des qubits physiques améliorés – des qubits qui peuvent représenter non seulement des uns et des zéros, mais un large éventail de valeurs – comme éléments constitutifs des qubits logiques à correction d’erreur.

« D’après l’analyse théorique que nous avons faite, nous avons vu qu’au lieu de nécessiter quelques centaines de milliers de qubits physiques pour les qubits logiques, cela pourrait être quelques milliers, et selon le taux d’erreur, peut-être une centaine », a déclaré Fernando Brandão, un physicien théoricien à Caltech qui est le responsable des algorithmes quantiques du centre AWS. « Vous pourriez donc avoir, en principe, des économies substantielles. »

L'ingénieur vérifie la plaquette de circuitUn ingénieur AWS vérifie une plaquette à l’aide d’un ellipsomètre pour déterminer l’épaisseur du film. (Photo AWS)

Les recherches effectuées à Caltech alimenteront les efforts de développement de matériel interne d’Amazon Web Services et ses partenariats avec IonQ, Rigetti et D-Wave Systems pour le service d’informatique quantique Amazon Braket basé sur le cloud.

« Nous continuerons d’essayer d’apporter de nouveaux types de matériel à nos clients, pas seulement notre propre matériel que nous développons en interne, si nous pensons qu’il apporte de la valeur à ces clients », a déclaré Painter. « Et à ce stade, c’est certainement le cas. »

Pour l’instant, AWS construit ses qubits à partir de circuits supraconducteurs.

« Nous avons choisi cette approche en partie parce que la capacité de fabriquer ces qubits à l’aide de techniques de fabrication microélectroniques bien comprises permet de fabriquer de nombreux qubits de manière reproductible et nous donne plus de contrôle lorsque nous commençons à augmenter le nombre de qubits », a déclaré Carlsten. .

Forfait micro-ondesUn boîtier micro-ondes contient le processeur quantique d’AWS. L’emballage est conçu pour protéger les qubits du bruit ambiant tout en permettant la communication avec le système de contrôle. (Photo AWS)

AWS n’est en aucun cas la seule grande entreprise technologique à sonder les frontières de l’informatique quantique. Microsoft, Google, IBM et Intel se disputent également la suprématie quantique et font parfois des revendications concurrentes.

« Il y a un bon et sain débat sur les performances des ordinateurs quantiques, car ils sont si nouveaux que nous essayons toujours de comprendre comment calibrer vos performances », a déclaré Painter. « Une chose vraiment formidable dans le milieu universitaire est qu’il existe un processus d’examen par les pairs presque naturel, où la chose la plus importante est ce qui est vraiment vrai et quel est le gain de connaissances. »

Il a cité l’implication d’AWS dans OpenQASM, un effort de normalisation de programmation open source, comme exemple où les principaux acteurs travaillent ensemble pour faire avancer la cause de l’informatique quantique.

Comme un véritable universitaire, Painter hésite à prédire quand la révolution de l’informatique quantique atteindra son apogée.

« Nous ne parlons généralement pas des détails de la feuille de route, mais permettez-moi de vous donner une idée d’une échelle de temps qui, à mon avis, est assez réaliste », a-t-il déclaré. « Je pense que dans les prochaines années, vous commencerez à voir de petits ordinateurs correcteurs d’erreurs. »

Painter a déclaré que de tels dispositifs, composés de seulement quelques qubits logiques, mettraient davantage l’accent sur l’informatique quantique. « Cela va être une grande percée », a-t-il déclaré, « car cela définit vraiment un tout nouveau paradigme que les gens suivront et pourrait rapidement augmenter la vitesse à laquelle nous pouvons développer les ordinateurs quantiques de grande valeur qui peuvent s’attaquer à de hautes performances. problèmes de valeur. … C’est encore une décennie d’efforts, mais cette décennie va être très, très excitante.

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