Ce mardi, IBM et le Riken, le plus grand institut de recherche national du Japon, ont annoncé l’aboutissement d’un projet fascinant : la construction d’un supercalculateur hybride, mi-quantique, mi-conventionnel, qui permettra aux ingénieurs et aux chercheurs de repousser les limites de la discipline grâce à son mélange de puissance brute et de polyvalence.
Ce projet est centré autour du Quantum System Two (QS2) d’IBM. C’est une plateforme d’informatique quantique un peu particulière qui se distingue d’abord par sa modularité : il peut en effet être étendu à loisir en y ajoutant de nouveaux processeurs quantiques, systèmes de contrôle, et ainsi de suite.
Cette caractéristique est particulièrement intéressante, dans la mesure où la technologie quantique est encore loin d’être mature et continue à évoluer assez rapidement. C’est à la fois une très bonne nouvelle pour l’innovation et un problème en termes d’intégration, car cela signifie que le matériel de pointe risque fort de devenir quasiment obsolète dans un futur relativement proche. Tout l’enjeu, c’est donc de s’assurer que les plateformes d’informatique quantique pourront suivre le rythme et évoluer en même temps que cette technologie — et c’est exactement ce qu’IBM cherche à faire avec son QS2.
Actuellement, il est doté de processeurs Heron, des composants à 156 qbits supraconducteurs qui représentent un vrai changement de paradigme. En effet, ils bénéficient d’une nouvelle architecture spécifiquement conçue pour supporter des applications pratiques. Ce ne sont plus seulement des plateformes de test et d’expérimentation destinées à faire progresser l’informatique quantique fondamentale ; ces puces ont vocation à être utilisées dans de vraies applications scientifiques ciblées, notamment grâce à leur taux d’erreur remarquablement faible.
L’informatique hybride, une approche à fort potentiel
Mais cela ne signifie pas pour autant qu’il s’agit déjà d’une puce généraliste, capable de rivaliser avec les systèmes conventionnels. Aussi performant soit-il, ce processeur quantique continue de souffrir de certaines limites inhérentes à l’informatique quantique, et reste donc peu efficace, voire inutilisable, pour d’autres tâches où les ordinateurs conventionnels sont plus performants.
Pour cette raison, de plus en plus de chercheurs explorent une approche dite hybride, qui consiste à associer des capacités de calcul traditionnelles et quantiques. L’idée, c’est de laisser la partie quantique s’occuper des opérations très spécifiques où cette technologie excelle, tout en confiant le reste à la composante classique. C’est ce principe de répartition intelligente du travail qui rend les systèmes hybrides si prometteurs : elle permet de tirer le meilleur des deux mondes.
La résurrection quantique du Fugaku
Et c’est précisément ce qu’IBM et le RIKEN ont cherché à faire avec ce projet commun. La particularité de cette installation, c’est que le Quantum System Two y est directement intégré au Fugaku, le formidable supercalculateur de l’institut japonais.
C’est un nom bien connu des fans d’informatique haute performance, et pour cause : c’est l’un des supercalculateurs les plus puissants de la planète. Il a fièrement trôné en première place du classement mondial pendant un peu plus de deux ans — une éternité dans cette discipline en constante évolution. Et trois ans après avoir perdu sa couronne, il reste encore fermement positionné dans le top 10, en 7ᵉ position à l’heure où ces lignes sont écrites.
Les ingénieurs d’IBM et du RIKEN ont marié les deux engins grâce à un réseau à très grande vitesse qui opère directement au niveau des instructions. Cela signifie qu’ils ne se contentent pas d’échanger des données ; ils sont couplés au niveau le plus fondamental, leur permettant ainsi de travailler ensemble comme s’ils ne faisaient qu’un.
Le QS2 et le Fugaku sont aussi couplés au niveau logiciel. Les ingénieurs ont doté le duo d’une foule de programmes et de compilateurs spécialisés, capables de découper chaque problème algorithmique en une composante quantique et une composante classique. Cette intégration permet de développer des charges de travail parallélisées, qui exploitent simultanément les avantages de l’informatique conventionnelle et quantique.
Nous avons donc affaire à une machine hybride exceptionnellement performante, parfaite pour résoudre des problèmes particulièrement ardus dans des domaines notoirement très complexes comme la chimie structurale ou l’optimisation algorithmique. Ce système représente un grand pas en direction d’un futur où l’informatique quantique contribuera de manière très concrète à la résolution de problèmes majeurs, en complément des supercalculateurs conventionnels.
« En combinant Fugaku et Quantum System Two, le RIKEN entend faire entrer le Japon dans une nouvelle ère du calcul haute performance », a déclaré le Dr Mitsuhisa Sato, directeur de la division Plateformes hybrides quantiques-HPC du RIKEN. « Notre mission est de développer et de démontrer des flux de travail hybrides quantiques-HPC pratiques, explorables par la communauté scientifique et l’industrie. La connexion de ces deux systèmes nous permet de franchir une étape cruciale vers la concrétisation de cette vision », se réjouit-il dans un communiqué joint.
Et la cerise sur le gâteau, c’est que le Fugaku devrait bientôt récupérer sa place dans l’élite absolue de la discipline. Il y a quelques mois, le gouvernement a annoncé que l’engin allait bénéficier d’une mise à jour substantielle, qui pourrait notamment en faire le premier supercalculateur zetascale au monde. Il y a donc fort à parier qu’il va continuer de jouer les premiers rôles dans le monde de l’informatique haute performance.
Reste à voir jusqu’où cette approche hybride pourra réellement porter l’informatique quantique. Pour le savoir, il conviendra de garder un œil sur les autres supercalculateurs d’élite. Qui sait : peut-être que certains d’entre eux seront aussi transformés en systèmes hybrides de ce genre dans les années à venir. Le cas échéant, l’utilité pratique de l’informatique quantique pourrait croître à une vitesse vertigineuse, lançant ainsi le grand changement de paradigme tant attendu.
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