Alors que le nombre de qubits et la stabilité des états quantiques limitent toujours les dispositifs informatiques quantiques actuels, il y a des concerns où ces processeurs sont déjà capables de tirer parti de leur énorme puissance de calcul. En collaboration avec l’équipe Google Quantum AI, des scientifiques de l’Université system de Munich (TUM) et de l’Université de Nottingham ont utilisé un processeur quantique pour simuler l’état fondamental d’un hamiltonien à code torique, un système de modèle archétypal dans la matière condensée moderne. physique, qui a été initialement proposé dans le contexte de la correction d’erreur quantique.



Comment serait-ce si nous vivions dans un monde plat à deux proportions ? Les physiciens prédisent que la mécanique quantique serait encore plus étrange dans ce cas, résultant en des particules exotiques – appelées « anyons » – qui ne peuvent pas exister dans le monde tridimensionnel dans lequel nous vivons. Ce monde inconnu n’est pas seulement une curiosité mais peut être clé pour débloquer les matériaux quantiques et les technologies du futur.

En collaboration avec l’équipe Google Quantum AI, des scientifiques de l’Université strategy de Munich et de l’Université de Nottingham ont utilisé un processeur quantique hautement contrôlable pour simuler de tels états de la matière quantique. Leurs résultats sont publiés dans le numéro actuel de la revue scientifique Science.



Particules quantiques émergentes dans les systèmes bidimensionnels

Toutes les particules de notre univers se déclinent en deux saveurs, bosons ou fermions. Dans le monde en trois dimensions dans lequel nous vivons, cette observation est ferme. Cependant, il a été théoriquement prédit il y a près de 50 ans que d’autres types de particules, appelées anyons, pourraient exister lorsque la matière est confinée à deux proportions.

Si ces anyons n’apparaissent pas comme des particules élémentaires dans notre univers, il s’avère que les particules anyoniques peuvent émerger comme des excitations collectives dans des phases dites topologiques de la matière, pour lesquelles le prix Nobel a été décerné en 2016.

« Tordre des paires de ces anyons en les déplaçant les uns autour des autres dans la simulation dévoile leurs propriétés exotiques – les physiciens appellent cela des statistiques de tressage », explique le Dr Adam Smith de l’Université de Nottingham.

mais elle ne peut exister sans les milliers de personnes qui composent la foule. Cependant, réaliser et simuler expérimentalement de tels états topologiquement ordonnés s’est avéré extrêmement difficile.

Les processeurs quantiques comme plate-forme pour les simulations quantiques contrôlées

Dans des expériences marquantes, les équipes de TUM, de Google Quantum AI et de l’Université de Nottingham ont programmé le processeur quantique de Google pour simuler ces états bidimensionnels de la matière quantique. « Le processeur quantique de Google nommé ‘Sycamore’ peut être contrôlé avec précision et est un système quantique bien isolé, qui sont des exigences clés pour effectuer des calculs quantiques », explique Kevin Satzinger, un scientifique de l’équipe Google.

Les chercheurs ont mis au level un algorithme quantique pour réaliser un état avec un ordre topologique, ce qui a été confirmé en simulant la création d’excitations anyon et en les tordant les unes autour des autres. Les empreintes digitales de l’intrication quantique à longue distance pourraient être confirmées dans leur étude. En tant qu’application doable, de tels états topologiquement ordonnés peuvent être utilisés pour améliorer les ordinateurs quantiques en réalisant de nouvelles méthodes de correction d’erreurs. Les premiers pas vers cet objectif ont déjà été réalisés dans leur travail.

 » Les processeurs quantiques à courtroom terme représenteront une plate-forme idéale pour explorer la physique de la matière à phases quantiques exotiques « , déclare le professeur Frank Pollmann de TUM. « Dans un avenir proche, les processeurs quantiques promettent de résoudre des problèmes qui sont hors de portée des supercalculateurs classiques actuels. »