Fin 2015, les chefs d'équipe, IBM émérite et vice-président, Jay Gambetta et Jerry Chow, désormais directeur du développement matériel quantique, avec le soutien de la communauté scientifique, ont proposé d'"héberger" un processeur quantique dans le cloud. Pour atteindre cette étape qualitativement nouvelle, il a fallu des mois de travail conjoint de représentants de plusieurs continents, visant à développer l'écosystème mondial de l'informatique quantique.
Par exemple, l'expert en logiciels cloud Ismael Faro a été invité au groupe de travail pour développer le noyau de la plate-forme et l'interface utilisateur. Le groupe a également été rejoint par le designer tiers Carl De Torres, qui a travaillé sur l'apparence de l'application. Le groupe de travail voulait se concentrer sur un appareil à cinq qubits. Des opérations mathématiques appelées portes quantiques reliaient les qubits dans des circuits quantiques. Les schémas montrant les circuits et les portes ressemblaient à des notes de musique sur une portée. Par conséquent, l'équipe voulait une interface qui leur permettrait de « composer » intuitivement de tels schémas. En quelques jours de congé, Faro, qui n'avait aucune expérience avec les appareils quantiques, a préparé un prototype de page Web et d'application - et cela s'est avéré être exactement ce que le groupe de travail voulait.
Une maquette du concept de plate-forme IBM Quantum Experience, créée en janvier 2016 (Photo : Ismael Faro)
Cependant, la création du frontend n'était qu'une partie du puzzle. Le groupe devait réfléchir pleinement à l'environnement de travail : comment les utilisateurs interagissent avec l'application, quelles fonctions et portes ils peuvent voir, comment les utilisateurs soumettront les travaux au backend, comment convertir les travaux en un assembleur quantique compréhensible par les dispositifs quantiques matériels, et comment mettre en file d'attente des milliers de travaux possibles pour un seul appareil.
Le matériel devait également être préparé. Compte tenu du calendrier, le groupe a décidé de ne pas créer un tout nouvel appareil, mais de travailler avec le meilleur processeur quantique dont ils disposaient déjà.
L'informatique quantique passe en ligne
Les ordinateurs quantiques supraconducteurs sont constitués d'une carte de circuit imprimé avec une électronique supraconductrice programmée par des impulsions micro-ondes. Ces processeurs sont situés et connectés à l'électronique de commande à l'intérieur d'un réfrigérateur cryogénique de la taille d'un seau. Le réfrigérateur garantit que les qubits conservent leurs propriétés supraconductrices et sont exposés à un minimum de bruit thermique ou de vibrations causées par un excès de chaleur. Cependant, toute perturbation - même les vibrations quotidiennes d'un bâtiment - peut faire décohérer les qubits, c'est-à-dire "oublier" l'information quantique programmée.
Le chercheur en informatique quantique d'IBM Antonio Corcoles travaille sur une tablette dans le laboratoire Quantum d'IBM à côté d'un réfrigérateur cryogénique ouvert
Le chercheur Antonio Córcoles a participé à l'étalonnage des appareils afin que les qubits répondent correctement aux stimuli d'entrée et maintiennent les valeurs spécifiées suffisamment longtemps pour effectuer des calculs. Son équipe a optimisé les configurations de câblage cryogénique pour obtenir la meilleure cohérence qubit et la meilleure vitesse de vanne.
Une fois le comportement des qubits stabilisé, les chercheurs devaient s'assurer que leurs performances étaient reproductibles et que les portes fournissaient les résultats attendus. De plus, il était nécessaire de fournir un étalonnage automatique des appareils deux fois par jour. Le groupe devait garantir les performances de l'appareil pour les utilisateurs et éliminer les problèmes qui en résultent, ainsi qu'anticiper les problèmes qui pourraient survenir pour les utilisateurs non familiarisés avec les limites des appareils quantiques.
Le système IBM Quantum Experience (maintenant appelé IBM Quantum ) a été mis en service le 4 mai 2016. Le filet s'est rapidement transformé en un flux orageux : au cours de la première semaine, 7 000 utilisateurs se sont inscrits pour travailler avec IBM Quantum Experience, et à la fin de la seconde, leur nombre a dépassé les 17 000.
La configuration d'un appareil IBM avec cinq qubits supraconducteurs (Crédit : IBM) Les
leçons les plus importantes ont peut-être été apprises au cours des premiers mois après le lancement. L'équipe a analysé des centaines d'avis d'utilisateurs et a suivi leurs propres correctifs pour améliorer l'expérience et rationaliser le processus de mise en production de plus d'appareils quantiques. Alors que les employés utilisaient le canal Slack pour corriger des bogues individuels sur des demandes individuelles, le travail se poursuivait activement pour trouver des correctifs plus permanents. C'était pour que l'équipe puisse recommencer à développer du nouveau matériel plutôt que d'agir en tant que service de support technique pour une flotte croissante de processeurs.
« Je pense que le lancement initial était extrêmement important », déclare Korkoles. «Mais l'ampleur du travail que nous avons accompli maintenant est incroyable. Nous avons mis des dizaines d'appareils dans le cloud et les avons mis à la disposition des développeurs du monde entier, souvent gratuitement. »
IBM a appris à créer des appareils quantiques stables, à les mettre en ligne et à automatiser certaines des expériences les plus importantes, notamment celles liées à l'étalonnage des appareils. « Pour être honnête, mettre un ordinateur quantique dans le cloud a nécessité une refonte complète de notre réflexion », explique Jay Gambetta, IBM Fellow et vice-président de l'informatique quantique. "Nous voyons ces appareils non pas comme des objets d'expériences en laboratoire, mais comme des systèmes."
Faits et chiffres
Le système de cloud computing IBM Quantum Experience prend en charge une gamme de systèmes quantiques qui ont été mis à la disposition des chercheurs, des entreprises et de la communauté Open Source active via IBM Quantum Composer , IBM Quantum Lab et Qiskit .
Aujourd'hui, plus de 325 000 utilisateurs sont enregistrés sur la plateforme IBM Quantum. Chaque jour, des milliers de développeurs exécutent au moins deux milliards de circuits quantiques sur des ordinateurs quantiques IBM, et maintenant ils sont aidés par le kit de développement de logiciels open source Qiskit.
- Nombre d'utilisateurs enregistrés :> 325 mille
- Téléchargements Qiskit :> 650k
- Articles scientifiques publiés avec IBM Quantum :> 700
- Nombre d'organisations dans le réseau commercial IBM Quantum :> 140
- Circuits quantiques exécutés :> 2 milliards par jour
Regardez du matériel original en anglais avec des détails supplémentaires et écoutez un podcast mettant en vedette le vainqueur russe du Quantum Challenge.