Un protocole universel qui inverse l'évolution d'un qubit avec une probabilité élevée de succès.

10 avril 2023 fonctionnalité

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par Ingrid Fadelli, Phys.org

Des chercheurs de l'Institut d'optique quantique et d'information quantique (IQOQI) à Vienne ont récemment mis au point un mécanisme universel pour inverser l'évolution d'un qubit avec une probabilité élevée de succès. Ce protocole, exposé dans Physical Review Letters, peut ramener tout qubit cible à l'état où il se trouvait à un moment spécifique dans le passé.

L'introduction de ce protocole s'appuie sur un précédent document publié en 2020, où la même équipe avait présenté une série de protocoles de traduction temporelle pouvant être appliqués dans des paramètres incontrôlés. Bien que certains de ces protocoles aient été prometteurs, dans la plupart des scénarios testés, leur probabilité de succès était trop faible. Dans leur nouvelle étude, les chercheurs ont donc cherché à créer un protocole alternatif avec une probabilité de succès plus élevée.

'Notre protocole nouvellement développé inverse l'évolution unitaire d'un qubit', a déclaré David Trillo, l'un des chercheurs de l'étude aux côtés de Benjamin Dive et Miguel Navascués, à Phys.org. 'Un qubit (ou bit quantique) est un système quantique à deux niveaux qui sert d'équivalent quantique des bits utilisés dans les ordinateurs quantiques. Tout système quantique a une évolution naturelle dans le temps qui doit être contrôlée ou du moins prise en compte lors de la conception de processus physiques autour d'eux (par exemple, lors de la construction d'un ordinateur quantique). Notre protocole prend un qubit et produit le même système, mais dans l'état où il serait s'il avait évolué en arrière dans le temps.'

Le protocole créé par Trillo et ses collègues est universel, ce qui signifie qu'il peut être appliqué à n'importe quel qubit, indépendamment de son évolution temporelle naturelle ou de l'état dans lequel il se trouve lorsque le protocole est utilisé. Les protocoles universels sont intrinsèquement probabilistes, ce qui signifie qu'ils ne peuvent pas réussir tout le temps, mais ont plutôt une certaine probabilité de succès.

Lors des évaluations initiales, les chercheurs ont constaté que leur mécanisme de rembobinage quantique universel avait une probabilité de succès élevée, à savoir de 1. Essentiellement, le protocole fonctionne en établissant un qubit cible sur une superposition de trajectoires de vol, puis en effectuant une série d'opérations quantiques sur celui-ci.

'Notre protocole fonctionne pour les systèmes non contrôlés, ou en d'autres termes les qubits sur lesquels nous ne savons pas comment appliquer des transformations particulières', a expliqué Trillo. 'Sa nouvelle fonctionnalité cool est que, chaque fois qu'il échoue, nous pouvons corriger l'échec et amener le système à l'état souhaité. En effectuant ces corrections de manière adaptative, nous pouvons rendre la probabilité de réussite aussi élevée que nous le souhaitons, au prix d'augmenter le temps d'exécution du protocole.'

Le nouveau protocole universel introduit par Trillo et ses collègues permet aux chercheurs de remonter le temps de n'importe quel qubit dans un environnement incontrôlé avec une probabilité élevée de succès. Alors que des protocoles permettant d'obtenir ce résultat dans des environnements contrôlés existaient déjà, la possibilité de faire avancer des qubits individuels dans des environnements incontrôlés vers un état antérieur pourrait ouvrir de nouvelles possibilités de recherche précieuses.

'On se demande quels autres phénomènes du réglage contrôlé nous pouvons transférer à un réglage incontrôlé', a ajouté Trillo. 'Idéalement, nous aimerions généraliser ce protocole à des systèmes de dimensions supérieures. Cela semble être très difficile cependant, car de nouvelles idées sont nécessaires pour cela. Nous cherchons également à améliorer la probabilité de réussite des autres protocoles dans le document original, en particulier les protocoles SWAP.'

Informations sur la revue : Physical Review Letters

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