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IBM (NYSE : IBM) et Cisco (NASDAQ : CSCO) ont annoncé leur intention de collaborer à la mise en place des bases d’un réseau informatique quantique distribué, qui devrait voir le jour dès le début des années 2030. En combinant le leadership d’IBM dans la construction d’ordinateurs quantiques utiles et les innovations de Cisco en matière de réseaux quantiques, les deux entreprises prévoient d’explorer les possibilités de déployer à grande échelle des ordinateurs quantiques tolérants aux erreurs, au-delà de l’ambitieuse feuille de route d’IBM. Elles s’efforceront également de résoudre les défis fondamentaux liés à la mise en place d’un internet quantique.

D’ici cinq ans, IBM et Cisco ambitionnent de réaliser le premier prototypage d’un réseau combinant des ordinateurs quantiques individuels à grande échelle et tolérants aux erreurs, leur permettant de fonctionner ensemble pour effectuer des calculs sur des dizaines à des centaines de milliers de qubits. Ce réseau permettrait de traiter des problèmes nécessitant potentiellement des milliers de milliards de portes quantiques, opérations d’intrication fondamentales requises pour des applications quantiques transformatrices telles que les problèmes d’optimisation à grande échelle ou la conception de matériaux et de médicaments complexes.

« Chez IBM, notre feuille de route prévoit de fournir des ordinateurs quantiques à grande échelle et tolérants aux erreurs avant la fin de la décennie », a déclaré Jay Gambetta, Director of IBM Research et IBM Fellow. « En collaborant avec Cisco pour explorer les moyens de relier plusieurs ordinateurs quantiques de ce type au sein d’un réseau distribué, nous chercherons à accroître encore la puissance de calcul quantique. Et tandis que nous construisons l’avenir de l’informatique, notre vision repoussera les limites de ce que les ordinateurs quantiques peuvent accomplir au sein d’une architecture informatique haute performance plus vaste. »

« Pour que l’informatique quantique atteigne une échelle utile, il ne suffit pas de construire des machines individuelles plus grandes, il faut également les connecter entre elles », a déclaré Vijoy Pandey, GM/SVP chez Outshift by Cisco. « IBM construit des ordinateurs quantiques avec des feuilles de route ambitieuses pour leur mise à l’échelle, et nous proposons un réseau quantique qui permet leur extension. Ensemble, nous résolvons ce problème comme un problème de système complet, incluant le matériel nécessaire à la connexion des ordinateurs quantiques, les logiciels permettant d’effectuer des calculs sur ceux-ci et l’intelligence réseau qui les fait fonctionner. »

Mise à l’échelle d’un réseau informatique quantique distribué

IBM et Cisco ont l’intention d’étudier le développement de matériel et de logiciels quantiques capables de relier physiquement entre eux de nombreux ordinateurs quantiques à grande échelle et tolérants aux erreurs afin de former un réseau informatique quantique distribué.

Les entreprises visent la démonstration d’un premier prototypage d’ici fin 2030, pour lequel elles prévoient d’intriquer les qubits provenant de plusieurs ordinateurs quantiques distincts situés dans des environnements cryogéniques séparés. Pour ce faire, elles devront inventer de nouvelles connexions, notamment des transducteurs micro-ondes-optiques et une couche logicielle associée.

La vision de Cisco pour un datacenter quantique comprend une architecture d’infrastructure de réseau quantique qui pourrait faire du calcul quantique distribué une réalité dans un avenir proche. Cette vision inclue une couche matérielle et logicielle complète qui vise à préserver les états quantiques fragiles, à distribuer les ressources d’intrication, à faciliter la téléportation entre les ordinateurs quantiques et à synchroniser les opérations avec une précision inférieure à la nanoseconde.

Pour aller au-delà de la simple connexion entre deux ordinateurs quantiques distincts mais physiquement proches, IBM et Cisco prévoient d’étudier comment transmettre des qubits sur de plus longues distances, par exemple entre des bâtiments ou des datacenters. Pour y parvenir, les entreprises exploreront les technologies de transducteurs optiques-photonique et micro-ondes-optique, et étudieront comment les intégrer dans un réseau quantique afin de transférer des informations quantiques selon les besoins.

La connexion entre plusieurs ordinateurs quantiques nécessitera une interface appropriée. IBM prévoit de construire une unité de réseau quantique (QNU : quantum networking unit) qui servira d’interface avec une unité de traitement quantique (QPU : quantum processing unit). Sa mission explicite consistera à convertir les informations quantiques stationnaires de la QPU en informations quantiques « volantes » via la QNU, afin de les relier potentiellement ensuite à plusieurs ordinateurs quantiques au sein d’un réseau.

Le réseau quantique de Cisco viserait à distribuer les intrications à des paires arbitraires de ces QNU à la demande afin de permettre le transfert d’informations quantiques nécessaires à un algorithme ou une application quantique donné. À cette fin, Cisco développe un cadre de protocole logiciel à haut débit capable de reconfigurer de manière continue et dynamique les chemins réseau afin que les intrications puissent être distribuées aux QNU une fois leurs calculs partiels terminés.

Ensemble, les deux entreprises prévoient d’étudier comment un pont réseau, composé de matériel innovant et de logiciels open source, pourrait utiliser les nœuds du réseau quantique Cisco pour relier plusieurs QPU IBM au sein d’un datacenter via son interface QNU. À l’avenir, cette approche pourrait être étendue pour relier des QPU réparties entre plusieurs datacenters. Cela permettrait de déployer un réseau quantique plus vaste sur des distances encore plus grandes, établissant ainsi les fondements d’un futur internet quantique.

Les ordinateurs quantiques IBM reliés par cette architecture pourraient faciliter des applications extrêmement exigeantes en termes de calcul, y compris celles qui nécessitent des ressources de calcul haute performance dans le cadre d’une architecture de supercalculateur quantique.

Dans cette optique, IBM collabore également avec le Superconducting Quantum Materials and Systems Center (SQMS), dirigé par le Fermi National Accelerator Laboratory, en tant que membre de quatre centres nationaux de recherche et de science de l’information quantique du département américain de l’Énergie. Ensemble, IBM et le SQMS ont l’intention d’étudier le nombre de QNU pouvant être utilisées dans les datacenters quantiques, et ils prévoient une première démonstration de plusieurs QPU connectées au cours des trois prochaines années.

Les fondements d’un internet quantique

La mise en place d’un réseau informatique quantique distribué et évolutif ouvrira la voie à un espace de calcul exponentiellement vaste et permettra le développement de diverses technologies, qui pourraient commencer à former un futur internet quantique d’ici la fin des années 2030.

Un internet quantique offre un avenir où de nombreuses technologies quantiques distribuées, telles que des ordinateurs quantiques, des capteurs quantiques et des communications quantiques, sont connectées et partagent des informations à distance, par exemple dans une région métropolitaine et, à terme, à l’échelle planétaire. Cette vision audacieuse pourrait ouvrir de nouvelles possibilités, telles que des communications ultra-sécurisées ou une surveillance précise du climat, des conditions météorologiques et de l’activité sismique.

Dans le cadre de leur intention actuelle de collaborer, IBM et Cisco prévoient de cofinancer des projets de recherche universitaire et de collaboration afin de faire progresser l’écosystème quantique au sens large, dans la continuité d’une longue tradition de soutien à la recherche dans les laboratoires universitaires et nationaux.

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