Xanadu Ai

Une avancée majeure en calcul quantique réalisée par la société canadienne Xanadu. Xanadu a atteint la "suprématie quantique" avec un nouvel ordinateur quantique photonique qui utilise la lumière (photons) pour effectuer des calculs. Cette approche présente des avantages clés par rapport aux qubits supraconducteurs traditionnels, notamment la possibilité de fonctionner à température ambiante et de faciliter les capacités de mise en réseau naturelles en utilisant l’infrastructure existante en fibre optique. Ce développement marque une avancée vers des centres de données quantiques pratiques et évolutifs, répondant aux limites des méthodes actuelles de calcul quantique.

Thèmes principaux et idées clés :

Suprématie quantique atteinte avec la lumière : Le nouvel ordinateur quantique de Xanadu, propulsé par le processeur Borealis, a démontré la "suprématie quantique" en résolvant un problème de Gaussian Boson Sampling en moins de deux minutes, une tâche estimée à plus de 7 millions d’années sur le supercalculateur le plus rapide au monde. Cela souligne le potentiel d’accélérations exponentielles dans certaines tâches grâce au calcul quantique. Citation : « Cette nouvelle puce quantique de Xanadu que nous allons détailler aujourd’hui a déjà atteint la suprématie quantique… Elle a réalisé un Gaussian Boson Sampling en moins de 2 minutes, ce qui prendrait à un superordinateur classique plus de 7 millions d’années. »

Calcul quantique photonique : utiliser la lumière pour le calcul Contrairement à de nombreux ordinateurs quantiques actuels qui utilisent des qubits supraconducteurs (nécessitant des températures extrêmement basses), des ions piégés ou des électrons, le système de Xanadu utilise des photons. Citation : « Ce nouveau processeur quantique utilise la lumière, donc des photons au lieu d’électrons ou d’ions piégés pour le calcul quantique. »

Avantages clés du calcul quantique photonique :

• Fonctionnement à température ambiante : Les photons sont moins sensibles à la chaleur et au bruit comparés aux qubits supraconducteurs, qui nécessitent des températures plus froides que l’espace profond. Cela permet aux ordinateurs quantiques photoniques de fonctionner à température ambiante, réduisant drastiquement le besoin de systèmes de refroidissement volumineux et coûteux. Citation : « Puisque les photons ne ressentent pas la chaleur, ils peuvent fonctionner à température ambiante, alimentant ainsi le premier centre de données quantique... » Citation : « Parce que lorsque nous utilisons la lumière pour le calcul quantique, nous n’avons pas besoin de ces systèmes de refroidissement volumineux. En fait, les photons n’interagissent pas beaucoup et ne ressentent pas la chaleur, ce qui les rend bien plus stables. » Citation : « Environ 10 % de ce centre de données quantique est refroidi, tandis que les 90 % restants fonctionnent à température ambiante. Cela signifie pas de cryogénie, pas de refroidissement laser, rien. »

• Évolutivité et mise en réseau : Le calcul avec la lumière s’intègre naturellement à l’infrastructure existante en fibre optique. Cela facilite grandement le lien entre plusieurs systèmes quantiques pour former de grands clusters quantiques, menant finalement à des centres de données quantiques. Citation : « Cette propriété seule rend les ordinateurs quantiques photoniques beaucoup plus faciles à faire évoluer. » Citation : « Le principal avantage d’utiliser la lumière pour le calcul quantique est dans la mise en réseau... Si nous calculons dans le domaine de la lumière, nous pouvons rester dans ce domaine et l’utiliser pour connecter plusieurs systèmes quantiques ensemble en un grand cluster quantique. Et nous pouvons le faire en utilisant l’infrastructure de communication déjà existante, comme la fibre optique qui apporte Internet à chaque domicile. » Citation : « Les ordinateurs quantiques photoniques s’intègrent naturellement à la fibre optique, ils peuvent donc connecter facilement et naturellement plusieurs processeurs quantiques pour résoudre ensemble des tâches plus larges et complexes, construisant ainsi un centre de données quantique. » Citation : « Xanadu dispose déjà d’un cloud de calcul quantique distribué opérationnel. Une autre capacité est la mise en réseau. L’objectif final est d’avoir un grand centre de données pouvant connecter de petits ordinateurs quantiques qui travaillent ensemble. Je pense que la plupart des entreprises devront utiliser une forme de photonique pour la mise en réseau, peu importe la manière dont elles traitent leurs qubits. Notre idée dès le départ est donc : pourquoi ne pas tout garder photonique ? Ainsi, la capacité d’évolution, c’est-à-dire la mise en réseau ou les interconnexions, vient naturellement avec notre approche photonique. »

Approche spécifique de Xanadu : utilisation de multiples photons : Alors que certaines entreprises utilisant le calcul quantique photonique emploient des photons uniques, Xanadu utilise plusieurs photons par qubit. Cette méthode permet de créer des états quantiques plus complexes, offrant plus de flexibilité et de puissance dans le traitement de l’information quantique. Citation : « En revanche, la startup canadienne Xanadu utilise plusieurs photons ici, et cela fait la différence... Lorsque vous utilisez plusieurs photons, vous pouvez créer des états plus complexes, ce qui vous donne plus de flexibilité et de puissance dans le traitement de l’information quantique. » Citation : « Les états qu’ils utilisent commencent comme une superposition de 0, 2, 4, etc., seulement des nombres pairs. Et en théorie, cela peut aller jusqu’à l’infini. »

Fonctionnement du processeur photonique de Xanadu : Le processus implique la génération d’impulsions lumineuses, la création d’« états comprimés » (les qubits de Xanadu) à l’aide de résonateurs en anneau, l’interférence de ces états via des séparateurs de faisceaux pour créer l’intrication, et enfin la mesure avec des photodétecteurs. Le calcul a lieu pendant la phase de mesure. Citation : « Tout commence avec un seul laser qui génère un flux d’impulsions lumineuses, chaque impulsion représentant un qubit... à travers ce petit cercle appelé résonateur en anneau, qui crée un état quantique appelé état comprimé, version du qubit chez Xanadu, puis la lumière continue son chemin en passant par des séparateurs de faisceaux... qui combinent en fait les deux faisceaux ensemble permettant à leurs fonctions d’onde quantiques d’interférer, à ce moment-là les qubits interagissent. À la sortie, nous obtenons un état intriqué... Finalement, à la sortie, tous les quatre états sont intriqués. » Citation : « Pour la puce de Xanadu, cela se passe en fait à la fin, lors des mesures. C’est essentiellement là que les mesures induisent l’effet des portes quantiques. »

Le système Aurora : L’ordinateur quantique Aurora de Xanadu est une démonstration pratique de leur technologie, reliant quatre racks de serveurs photoniques via la fibre optique et fonctionnant principalement à température ambiante. Il dispose actuellement de 84 qubits en état comprimé répartis sur les quatre racks. Citation : « Il y a quelques jours, Xanadu a annoncé leur nouvel ordinateur quantique Aurora... Pour l’instant, il relie quatre racks de serveurs photoniques en un système utilisant uniquement la fibre optique et fonctionnant à température ambiante. Actuellement, il dispose de 84 qubits en état comprimé répartis sur les quatre racks. »

Modularité, évolutivité et mise en réseau démontrées : Le système Aurora prouve la modularité, l’évolutivité et les capacités de mise en réseau de l’approche de Xanadu. Citation : « L’équipe a réalisé une première mondiale en créant des ordinateurs quantiques modulaires, évolutifs et en réseau. Modulaires parce que vous avez des racks de serveurs individuels... évolutifs parce que l’on pourrait monter à des milliers de racks aujourd’hui, et en réseau. Vous pouvez voir sur la photo de l’Aurora un câble jaune qui traverse, c’est la fibre optique par laquelle la lumière circule. »

Défis et axes futurs : Le principal défi pour le calcul quantique photonique est la perte optique — l’absorption et la diffusion des photons pendant le calcul, ce qui peut entraîner des erreurs et la perte de l’avantage quantique. L’effort immédiat de Xanadu porte sur la réduction de cette perte. D’autres défis incluent la correction d’erreurs et le développement d’algorithmes quantiques. Citation : « L’un des principaux défis est la perte optique, la perte de lumière pendant le calcul, ce qui entraîne des erreurs très difficiles à corriger. La prochaine étape pour Xanadu est de s’attaquer précisément à ce problème... » Citation : « Dans les ordinateurs quantiques photoniques, les photons sont absorbés et diffusés lorsqu’ils voyagent dans des guides d’ondes ou des fibres, ce qui entraîne la perte de lumière. Et si trop sont perdus, le système commence à se comporter comme un ordinateur classique, ce que nous ne voulons pas. » Citation : « Un ou deux acres de terrain avec des milliers de racks de serveurs en réseau. Nous visons à construire cela en 2029. Où nous en sommes aujourd’hui, c’est la réduction des pertes. Nous devons continuer à réduire les pertes dans les composants physiques, c’est notre grand objectif. En fait, nous avons appelé 2025 l’année de la réduction des pertes. Bien sûr, d’autres défis subsistent, notamment la correction d’erreurs, tout le secteur travaille à résoudre ce problème, ainsi que les algorithmes quantiques. »

Vision pour l’avenir :

Xanadu vise à construire un centre de données quantique pratique et générateur de revenus (« un ou deux acres de terrain avec des milliers de racks de serveurs en réseau ») d’ici 2029. Ce développement est vu comme une étape majeure vers cet objectif.

Conclusion :

L’exploit de Xanadu avec un ordinateur quantique photonique en réseau et fonctionnant à température ambiante représente un progrès important dans le domaine. Les avantages inhérents à l’utilisation de la lumière pour le calcul quantique, notamment en termes d’évolutivité et de mise en réseau, positionnent le calcul quantique photonique comme une voie prometteuse vers la construction de centres de données quantiques pratiques. Malgré des défis tels que la perte optique, les efforts ciblés de Xanadu et leur calendrier ambitieux pour un grand centre de données laissent entrevoir un futur où le calcul quantique dépassera les laboratoires de recherche pour entrer dans des applications concrètes. Ce développement pourrait entraîner des avancées majeures dans divers domaines, y compris la chimie quantique et d’autres tâches actuellement inaccessibles aux ordinateurs classiques.