Cornell et Google sont les premiers à détecter la clé de l’avenir de l’informatique quantique

Eun-Ah Kim, professeur de physique au Collège des arts et des sciences, et des chercheurs de Google rapportent la première démonstration de particules bidimensionnelles, appelées anyons non abéliens, qui sont l’ingrédient clé pour réaliser l’informatique quantique topologique, une méthode prometteuse de l’introduction de la résistance aux fautes dans l’informatique quantique.

Non-Abelian Braiding of Graph Vertices in a Superconducting Processor publié le 11 mai dans Nature. L’expérience avec Google Quantum AI, publiée pour la première fois sur arXiv en octobre, s’appuie sur la théorie révolutionnaire également publiée sur arXiv en octobre et publiée en mars par Kim et le co-auteur Yuri Lensky, ancien chercheur postdoctoral au Laboratoire d’analyse atomique. et physique de l’état solide.

Théorisés depuis 40 ans mais non concrétisés en théorie ou en expérimentation avant 2022 par Kim et ses collaborateurs, les anyons non abéliens peuvent, dans certains systèmes 2D, produire un enregistrement mesurable de leur mouvement lorsque deux d’entre eux échangent leurs positions. Ils conservent une sorte de mémoire, permettant de dire quand deux d’entre eux ont été échangés, bien qu’ils soient complètement identiques.

Le sentier résultant à travers l’espace-temps connu sous le nom de tresse pourrait protéger des bits d’informations quantiques en les stockant de manière non locale et pourrait être utilisé dans une plate-forme pour les bits quantiques protégés (qubits), a déclaré Kim.

Eun-Ah Kim

Eun-Ah Kim


Les expérimentateurs de Google ont utilisé l’un de leurs processeurs quantiques supraconducteurs pour observer pour la première fois le comportement particulier des anyons non abéliens et ont démontré comment ce phénomène pouvait être utilisé pour effectuer des calculs quantiques. Des systèmes de correction d’erreur basés sur des qubits seront nécessaires pour l’informatique quantique à mesure que le domaine se développera.

En suivant le protocole défini dans les travaux théoriques de Kim et Lensky, les expérimentateurs de Google Quantum AI ont créé et déplacé physiquement des anyons non abéliens sur une grille 2D de qubits ressemblant à un damier. Pour réaliser des anyons non abéliens, ils ont étiré et écrasé l’état quantique des qubits disposés sur la grille, laissant les qubits former des graphes plus généraux.

Bien que soutenue par des mathématiques robustes, a déclaré Kim, une simple idée géométrique et créative est au cœur de la théorie et de l’expérience réalisant des anyons non abéliens dans le monde physique.

Nous devions introduire un nouveau cadre théorique reposant sur les mathématiques des théories de jauge, a déclaré Kim, pour mettre en œuvre les mouvements de basculement des bords sur l’appareil et prédire les résultats des mesures quantiques.

Cela semble simple, mais les particules se souviennent de l’histoire, a déclaré Kim. Si vous voulez que ce soit la technologie du futur, vous voulez qu’elle soit simple et directe.

Dans une série d’expériences, les chercheurs de Google ont observé le comportement de ces anyons non abéliens et comment ils interagissaient avec les particules les plus banales de la configuration. Le tissage des deux types de particules l’un autour de l’autre a conduit à des phénomènes bizarres ; les particules ont disparu, réapparu et changé de forme d’un type à l’autre, ont déclaré des chercheurs de Google.

Youri Lenski

Youri Lenski


Plus important encore, les chercheurs ont observé le comportement caractéristique des anyons non abéliens que les chercheurs recherchent depuis des années : l’échange de deux d’entre eux a provoqué un changement mesurable dans l’état quantique de leur système. Enfin, ils ont démontré comment le tressage d’anyons non abéliens pouvait être utilisé dans les calculs quantiques, créant un état intriqué quantique bien connu appelé l’état de Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) en tressant ensemble plusieurs anyons non abéliens.

Kim, co-président de Cornells Quantum Science and Technology Radical Collaboration initiative, appelée ceciune avancée majeure à la fois en physique de la matière condensée et en science de l’information quantique.

Nos observations représentent une étape importante dans l’étude des systèmes topologiques et présentent une nouvelle plate-forme pour explorer la riche physique des anyons non abéliens, a déclaré Kim. De plus, grâce à l’inclusion future de la correction d’erreurs, il ouvre une nouvelle voie vers l’informatique quantique tolérante aux pannes.

Lire l’histoire dans le Chronique de Cornell.

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