Les scientifiques ont découvert une méthode révolutionnaire pour protéger les informations quantiques du « bruit » – et il pourrait enfin nous laisser construire ordinateurs quantiques.
Les ordinateurs quantiques comptent sur enchevêtrement quantiquela connexion entre le propriétés quantiques de deux particules partagées instantanément à travers le temps et l’espace. Cela permet aux ordinateurs quantiques d’effectuer des calculs plus rapides que leurs homologues traditionnels car ils peuvent traiter des informations en parallèle plutôt qu’en séquence.
Mais le maintien de cette « cohérence » est difficile en raison du « bruit » du monde extérieur, comme des interactions avec des particules en vrac, des rayons de lumière et Même des changements de température peut briser l’enchevêtrement et disperser les informations à l’intérieur. C’est pourquoi le taux d’erreur dans les qubits est beaucoup plus élevé que dans les bits conventionnels dans l’informatique classique.
« Fondamentalement, même si les entreprises prétendent (elles ont) 1 000 Qubits, très peu d’entre eux sont utiles. Le bruit est la raison », co-auteur de l’étude Andrew Forbesprofesseur de physique à l’Université de Witwatersrand à Johannesburg, en Afrique du Sud, a déclaré Live Science. « Tout le monde convient qu’il est inutile de pousser à plus de qubits à moins que nous ne puissions les rendre moins bruyants. »
Maintenant, en codant pour les informations dans la topologie (ou les propriétés qui découlent de la forme) de deux photons enchevêtrés, une équipe de physiciens a trouvé un moyen de préserver les informations quantiques, même au milieu d’une tempête de bruit. Les chercheurs ont publié leurs résultats le 26 mars dans la revue Communications de la nature.
De la même manière que les bits d’ordinateur traditionnels sont les unités de base des informations numériques, qubitS coder les informations quantiques. Comme les bits, les qubits peuvent exister en 1 ou un 0, représentant les deux positions possibles dans un système à deux états.
Grâce aux règles bizarres du monde quantique, des qubits peuvent également exister dans des superpositions théoriquement infinies des deux états classiques. Et lorsqu’ils sont enchevêtrés à l’intérieur des ordinateurs quantiques, leur capacité à croquer les nombres augmente de façon exponentielle.
Mais cette chaîne de marguerites quantique est fragile: même lorsqu’il est logé à l’intérieur des cryostats extrêmement froids et hautement isolés, les ordinateurs quantiques actuels sont toujours infiltrés par de minuscules perturbations qui perturbent rapidement les processus délicats à l’intérieur.
Crélation du bruit quantique
La stratégie typique pour Empêcher la décohérence quantique est de préserver l’enchevêtrement, mais cela n’a jusqu’à présent connu que le succès relatif. Pour rechercher un moyen de contourner cela, les chercheurs derrière la nouvelle étude ont cherché à préserver les informations même dans des systèmes qui avaient déjà été partiellement décohérés.
« Nous avons décidé de laisser la décomposition de l’enchevêtrement – il est toujours fragile, alors laissez-le en être – et préserve plutôt des informations même avec très peu d’intrication », a déclaré Forbes.
Pour leur solution, Forbes et ses collègues se sont tournés vers un type de qubit connu sous le nom de « qubit topologique » qui code dans la forme fabriquée par deux particules enchevêtrées. Ils se sont installés sur un quasiparticule connu sous le nom de skyrmion optique, un champ en forme d’onde formé entre deux photons enchevêtrés.
Après avoir exposé les skyrmions à des niveaux de bruit différents, les chercheurs ont constaté que les modèles et les informations codés à l’intérieur sont restés résilients bien au-delà du point où les systèmes non topologiques décoreraient.
« Il s’avère que tant que quelques enchevêtrements demeurent, peu importe le peu, la topologie reste intacte », a déclaré Forbes. « La topologie ne disparaît que lorsque l’enchevêtrement disparaît. »
Les scientifiques pensent que leur approche pourrait jouer un rôle clé dans la fabrication d’ordinateurs et de réseaux quantiques qui peuvent surmonter le bruit dans n’importe quel environnement. Leur prochaine étape sera de créer une « boîte à outils topologique » qui peut encoder des informations pratiques dans un skyrmion et la réaliser à nouveau.
« Une fois que nous avons cela, nous pouvons commencer à penser à utiliser la topologie dans des situations pratiques, comme les réseaux de communication et en informatique », a déclaré Forbes.
