Une particule qui se souvient de son passé vient d’être redécouverte grâce à un calculateur quantique. Contrairement aux autres particules connues à ce jour, notamment l’électron et le photon, elle peut garder une sorte de souvenir de ses expériences passées. Il s’agit de l’anyon.
En physique quantique l’ anyon est un type de particule, en fait une quasi-particule propre aux systèmes a deux dimensions ou plans. Un plan n’a pas de volume Ni boson ni fermion, l’anyon en est une généralisation du plan.
Prédits et théorisés depuis plus de quatre décennies, les premières preuves expérimentales de l’existence des anyons ne datent que de 2020. Les chercheurs ont montré que ces quasi-particules ne sont pas vraiment des particules mais plutôt des vibrations collectives qui se comportent comme si elles étaient des particules. Contrairement aux autres particules, échanger des anyons les modifie fondamentalement.
En effet, l’anyon est différente de toutes les particules connues car elle garde le souvenir de ses échanges avec d’autres particules
Rappelons que les ordinateurs quantiques manipulent les qubits selon une méthode orchestrée appelée « algorithmes quantiques ». La difficulté réside dans le fait que les qubits sont si sensibles que même la lumière parasite peut provoquer des erreurs de calcul, un risque qui augmente à mesure que l’ordinateur quantique grossit. Cela a des conséquences importantes, car les algorithmes quantiques les plus efficaces que nous connaissons nécessitent un taux d’erreurs largement inférieur à celui de nos qubits actuels. Pour combler cette lacune, il faut recourir à la correction des erreurs quantiques.
La correction des erreurs quantiques consiste à protéger l’information en la codant à l’aide de plusieurs qubits physiques formant un « qubit logique ». L’objectif est de créer un ordinateur quantique à grande échelle ayant un taux d’erreurs suffisamment faible pour effectuer des calculs utiles. Ceci vise à réaliser des opérations au moyen de qubits logiques plutôt que de qubits individuels. En codant un grand nombre de qubits physiques sur un processeur quantique de sorte à créer un qubit logique, on peut espérer réduire le taux d’erreur et ainsi ouvrir la voie à des algorithmes quantiques utiles.
On obtient ainsi un Non-Abelian topological order (TO) Il s’agit d’un état de la matière aux propriétés remarquables très recherchées. Il inclut des quasi-particules qui peuvent se souvenir des séquences au cours desquelles elles ont été échangées. Le nombre des échanges détermine la façon dont elles vibrent.
Henrick Dryer et ses collègues, auteurs de l’étude référencée ci-dessous dont nous publions l’abstract, ont développé dans un entrprise de calcul quantique nommée Quantinuum un nouveau processeur quantique dit H2 qui utilise des champs magnétiques et des lasers pour créer des qubits
Référence
Creation of Non-Abelian Topological Order and Anyons on a Trapped-Ion Processor
Mohsin Iqbal, Nathanan Tantivasadakarn, Ruben Verresen, Sara L. Campbell, Joan M. Dreiling, Caroline Figgatt, John P. Gaebler, Jacob Johansen, Michael Mills, Steven A. Moses, Juan M. Pino, Anthony Ransford, Mary Rowe, Peter Siegfried, Russell P. Stutz, Michael Foss-Feig, Ashvin Vishwanath, Henrik Dreyer
Non-Abelian topological order (TO) is a coveted state of matter with remarkable properties, including quasiparticles that can remember the sequence in which they are exchanged. These anyonic excitations are promising building blocks of fault-tolerant quantum computers. However, despite extensive efforts, non-Abelian TO and its excitations have remained elusive, unlike the simpler quasiparticles or defects in Abelian TO. In this work, we present the first unambiguous realization of non-Abelian TO and demonstrate control of its anyons. Using an adaptive circuit on Quantinuum’s H2 trapped-ion quantum processor, we create the ground state wavefunction of D4 TO on a kagome lattice of 27 qubits, with fidelity per site exceeding 98.4%. By creating and moving anyons along Borromean rings in spacetime, anyon interferometry detects an intrinsically non-Abelian braiding process. Furthermore, tunneling non-Abelions around a torus creates all 22 ground states, as well as an excited state with a single anyon — a peculiar feature of non-Abelian TO. This work illustrates the counterintuitive nature of non-Abelions and enables their study in quantum devices.
| Comments: | 6 + 20 pages, 6 + 5 figures, 3 tables |
| Subjects: | Quantum Physics (quant-ph); Strongly Correlated Electrons (cond-mat.str-el) |
| Cite as: | arXiv:2305.03766 [quant-ph] |
| (or arXiv:2305.03766v1 [quant-ph] for this version) | |
| https://doi.org/10.48550/arXiv.2305.03766 Focus to learn more |
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