Grâce à une collaboration entre son Centre pour les sciences et l’ingénierie quantiques et SCITAS, l’EPFL devient la première institution académique suisse à mettre en place une plateforme virtuelle offrant à ses chercheuses et chercheurs des capacités avancées de calcul quantique.Parmi les nombreux domaines de spécialisation en science et technologie quantiques, les chercheuses et chercheurs de l’EPFL jouent un rôle de premier plan dans les algorithmes quantiques et l’informatique quantique théorique, qui étudient comment les ordinateurs quantiques peuvent surpasser les systèmes classiques et quelles en sont les limites.Afin de leur permettre de tester et d’affiner directement leurs théories sur des ordinateurs de pointe, l’EPFL a signé un accord avec le leader du calcul quantique Quantinuum. Ce partenariat offre un accès cloud à leur matériel à travers SCITAS, la plateforme de calcul haute performance (HPC) de l’EPFL.« À l’EPFL, les scientifiques repoussent les limites des algorithmes quantiques. C’est la première université suisse à disposer d’une plateforme cloud directe donnant accès à un ordinateur quantique avancé intégré à sa propre infrastructure de calcul haute performance », explique Vincenzo Savona, professeur à la Faculté des sciences de base et directeur académique du Centre pour les sciences et l’ingénierie quantiques (QSE) de l’EPFL.La nécessité d’un matériel quantique de pointeDévelopper, exploiter et maintenir un matériel quantique de pointe nécessite des investissements financiers considérables. Par conséquent, même des institutions académiques de premier plan comme l’EPFL bénéficient d’un accès à ces dispositifs via des accords avec des acteurs industriels spécialisés, tels que Quantinuum. « Depuis des décennies, le calcul classique haute performance n’est accessible que par un accès à distance à des ordinateurs centraux et à des centres de données. Cela est encore plus vrai aujourd’hui avec la puissance de calcul massive dont les modèles d’IA ont besoin », explique Vincenzo Savona.« Les ordinateurs de l’entreprise figurent parmi les plus puissants, les plus fiables et les plus avancés au monde, avec le plus faible niveau de décohérence, et sont donc les plus proches du comportement idéal d’un ordinateur quantique », poursuit-il. « Ils sont un outil indispensable pour nos chercheuses et chercheurs qui mènent des projets de pointe dans des domaines tels que les algorithmes quantiques et la simulation quantique numérique. »« Cela nous donne accès à certains des meilleurs équipements actuellement disponibles pour la communauté académique, ouvrant la voie à des expériences qui vont au-delà des études purement théoriques ou des simulations numériques à petite échelle », ajoute Giuseppe Carleo, professeur assistant à la Faculté des sciences de base et responsable du Laboratoire de sciences computationnelles quantiques de l’EPFL.À la poursuite du rêve de Richard FeynmanPour permettre l’accès à l’ordinateur de Quantinuum à l’EPFL, le Centre QSE a collaboré avec SCITAS afin d’intégrer l’accès à distance au sein de leur plateforme informatique existante.« Cette collaboration illustre bien la complémentarité entre une plateforme comme SCITAS, centrée sur la fourniture de services de calcul haute performance robustes et évolutifs, et un centre tel que le QSE, qui favorise la recherche transdisciplinaire », explique Gilles Fourestey, directeur opérationnel de SCITAS. « L’intégration du calcul quantique dans le cloud à l’environnement HPC de SCITAS permet aux utilisatrices et utilisateurs d’accéder directement à des systèmes distants depuis une interface HPC familière, sans avoir à gérer des outils ou des flux de travail séparés. »Maintenant que l’accès cloud a été intégré avec succès à la plateforme HPC de l’EPFL, les scientifiques peuvent proposer des projets de recherche et poursuivre le rêve de Richard Feynman: utiliser un système quantique complexe pour calculer et simuler les complexités de la mécanique quantique.Giuseppe Carleo prévoit d’explorer comment ce matériel peut être utilisé pour la simulation quantique de systèmes complexes à plusieurs corps, où des dispositifs de haute qualité pourraient fournir des connaissances véritablement nouvelles. De son côté, Zoë Holmes, professeure assistante à la Faculté des sciences de base et responsable du Laboratoire d'information et de calcul quantiques de l’EPFL, pourra étudier l’utilité de certains calculs réalisés sur des ordinateurs quantiques.« Le matériel quantique atteint aujourd’hui un niveau de maturité lui permettant d’exécuter des calculs extrêmement difficiles, voire impossible, à réaliser de manière classique », explique-t-elle. « Mais il n’est pas encore clair s’ils peuvent être utilisés pour des calculs complexes véritablement utiles. L’accès à ce matériel nous permettra d’évaluer ceci. »Rendre le calcul quantique accessible aux étudiantes et étudiantsLe Centre QSE, avec des membres du programme de Master en science et ingénierie quantiques de l’EPFL, réfléchit actuellement à la meilleure manière de rendre cette ressource accessible aux étudiantes et étudiants du campus qui se forment au calcul quantique.« L’opportunité d’accéder aux plateformes avancées de calcul quantique de Quantinuum offrira à nos étudiantes et étudiants du Master QSE une expérience pratique avec des outils matériels et logiciels quantiques de pointe », explique Nicolas Macris, professeur à la Faculté informatique et communications (IC) et codirecteur du programme de Master. « Comme la technologie progresse rapidement, il devient de plus en plus important qu’ils développent des compétences pratiques et découvrent de véritables flux de travail quantiques. »« Si l’EPFL est une université de renommée mondiale en ingénierie nucléaire, c’est parce que nous avons un réacteur nucléaire dédié à la formation sur le campus », ajoute Vincenzo Savona. « Offrir aux étudiantes et étudiants un accès à un véritable ordinateur quantique leur apportera le même niveau d’excellence en formation pratique appliquée au calcul quantique. »Comment fonctionnent les ordinateurs quantiques de Quantinuum?Les ordinateurs quantiques utilisent des qubits, l’équivalent quantique des bits classiques: au lieu d’être simplement un 0 ou un 1 comme un bit classique, un qubit existe dans une superposition des deux états à la fois. Pour effectuer des calculs utiles, les qubits doivent également être intriqués, une propriété qui relie leurs états de sorte qu’une opération effectuée sur l’un affecte les autres.Les ordinateurs quantiques de Quantinuum utilisent des ions piégés, c’est-à-dire des atomes chargés électriquement. Ces ions sont maintenus au-dessus d’une puce grâce à des forces électromagnétiques et contrôlés à l’aide de lasers. Ils sont déplacés afin de rapprocher certains qubits lorsque l’intrication est nécessaire, puis séparés à nouveau, ce qui permet des opérations précises et un faible taux d’erreur.