Les mathématiciens ont trouvé un moyen de transformer une approche de calcul quantique improductive en ravivant une classe de particules précédemment jetées.
Ordinateurs quantiques peut résoudre des problèmes au-delà des capacités des ordinateurs classiques en utilisant des principes comme superposition. Cela signifie un bit quantique, ou qubitpeut représenter à la fois 0 et 1 simultanément, similaire à la célèbre expérience de pensée d’un chat à la fois mort et vivant. Mais les qubits sont extrêmement fragiles. Les interactions avec l’environnement peuvent facilement perturber leurs états quantiques. Leur fragilité rend difficile la construction d’ordinateurs quantiques stables.
Maintenant, dans un nouvelle étude Publié dans la revue Nature Communications, les mathématiciens ont montré que lorsqu’il est associé à des éléments mathématiques précédemment jetés comme non pertinents, une sorte de quasiparticule appelé un ising qui, qui pourrait aider à surmonter cette fragilité. Ils ont nommé les composants relancés «négligents».
Les anymes n’existent que dans les systèmes bidimensionnels. Ils sont au cœur de l’informatique quantique topologique. Cela signifie que tout le monde ne stocke pas les informations non dans les particules elles-mêmes, mais dans la façon dont elles bouclent ou se tressent les unes avec les autres. Ce tressage peut coder et traiter les informations de manière beaucoup plus résistante au bruit environnemental.
Mais il y a eu une limitation majeure. « Le seul problème avec des anyons est qu’ils ne sont pas universels », » Aaron Laudaprofesseur de physique et de mathématiques à l’Université de Californie du Sud, a déclaré à Live Science. « C’est comme quand vous avez un clavier et qu’il n’a que la moitié des touches. »
C’est là que les mathématiques négligées entrent en jeu. L’équipe a revisité une classe de théories appelée «théorie des champs quantiques topologiques nonmimple», est utilisée pour étudier la symétrie dans des objets mathématiques.
« C’est une idée clé en physique des particules », a déclaré Lauda. « Vous êtes en mesure de prédire de nouvelles particules que les gens ne connaissaient pas simplement en comprenant la symétrie de ce qui se passe. »
Dans cette théorie, chaque particule a une dimension quantique – un nombre qui reflète le «poids» ou l’influence, il a dans le système. Si le nombre est nul, la particule est généralement jetée.
« L’idée clé de ces nouvelles versions non semi-simples est que vous gardez ces particules, qui n’avaient à l’origine aucun poids », a déclaré Lauda à Live Science. « Et vous trouvez une nouvelle façon de mesurer le poids. Il y a certaines propriétés qu’il doit satisfaire et comprendre comment faire en sorte que ce nombre ne soit pas nul. »
Les pièces négligées, réinterprétées comme des particules, ont rempli les capacités manquantes d’Ising. L’équipe a montré qu’avec une seule négligence ajoutée au système, la particule devient capable de calcul universel juste par tressage.
Pourquoi est-ce que tout est important?
Pour voir pourquoi tout autre est important, cela aide à comprendre leur comportement particulier en deux dimensions.
En trois dimensions, des particules comme bosons et fermions peut boucle les uns autour les uns des autres. Mais ces boucles peuvent être annulées, comme glisser une chaîne sur ou sous un autre. En deux dimensions, en revanche, il n’y a pas de « trop » ou de « sous ». Cela signifie que lorsque tout se déplace les uns autour des autres, les chemins ne peuvent pas être démêlés, donnant lieu à une physique fondamentalement nouvelle.
« La façon d’y penser », a expliqué Lauda, « est que si je commence par un état zéro et que je le termine, est-ce que cela reste dans un état zéro ou un multiple de cela? Ou crée-t-il un zéro et un? Suis-je en mesure de les mélanger et de créer ces superpositions dont j’ai besoin pour faire du calcul quantum? »
La clé avec Ising Anyons est de pouvoir créer des superpositions. Parce que ces opérations dépendent de la forme globale du chemin de tressage, plutôt que des emplacements précis, ils sont naturellement protégés de nombreux types de bruit.
La découverte ne signifie pas que nous aurons des ordinateurs quantiques topologiques demain. Mais cela suggère que plutôt que d’inventer des matériaux entièrement nouveaux ou des particules exotiques, les chercheurs peuvent simplement avoir besoin de regarder des systèmes familiers à travers une nouvelle lentille mathématique.
