Les ordinateurs quantiques ont tressé des "anyons", des quasi-particules tant recherchées avec une mémoire.

Anyons, anyone?

Les scientifiques ont créé de nouveaux objets étranges ressemblant à des particules appelés non-abelian anyons. Ces quasiparticules recherchées depuis longtemps peuvent être "tressées", c'est-à-dire qu'elles peuvent être déplacées autour de l'une l'autre et conserver un souvenir de cet échange, de manière similaire à la façon dont une queue de cheval tressée garde une trace de l'ordre dans lequel les mèches se croisent.

Deux équipes indépendantes - l'une dirigée par des chercheurs de Google, l'autre par des chercheurs de la société d'informatique quantique Quantinuum - ont signalé la création et l'enchevêtrement de ces anyons à l'aide d'ordinateurs quantiques. Les résultats de Google et de Quantinuum, signalés respectivement le 11 mai dans Nature et le 9 mai sur arXiv.org, pourraient aider les scientifiques à construire des ordinateurs quantiques résistant aux erreurs qui affligent actuellement ces machines.

Les non-abelian anyons défient l'intuition commune quant à ce qui se produit lorsque des objets échangent leurs positions. Imaginez le jeu de rue avec des gobelets et des billes, où un artiste échange des gobelets identiques de l'un à l'autre. Si vous ne regardez pas attentivement, vous ne saurez jamais si deux gobelets ont été déplacés l'un autour de l'autre et ramenés à leurs positions originales. Dans le monde quantique, ce n'est pas toujours le cas.

"On prévoit l'existence de particules folles où, si vous les échangez l'une contre l'autre les yeux fermés, vous pouvez réellement vous en rendre compte après coup", explique le physicien Trond Andersen de Google Quantum AI à Santa Barbara, en Californie. "Cela va à l'encontre de notre bon sens, et cela semble fou."

Les particules de notre monde régulier en 3D ne peuvent pas faire ce tour de magie. Mais lorsque les particules sont confinées à seulement deux dimensions, les règles changent. Bien que les scientifiques n'aient pas d'univers en 2D pour explorer les particules, ils peuvent manipuler des matériaux ou des ordinateurs quantiques pour présenter un comportement semblable à celui des particules vivant dans deux dimensions, créant des objets appelés quasiparticules.

Toutes les particules subatomiques fondamentales appartiennent à l'une des deux catégories, selon la manière dont les particules identiques de chaque type se comportent lorsqu'elles sont échangées. Elles sont soit des fermions, une classe qui comprend des électrons et d'autres particules constituant la matière, soit des bosons, qui comprennent des particules de lumière appelées photons.

Mais en deux dimensions, il y a une autre option : les anyons. Pour les bosons ou les fermions, échanger des particules identiques de l'une à l'autre ou les déplacer l'une autour de l'autre ne peut pas avoir un effet directement mesurable. Pour les anyons, cela peut.

Dans les années 1990, les scientifiques ont découvert qu'une version spécifique de tout anyon, appelée non-abelian anyon, pouvait être utilisée pour construire des ordinateurs quantiques susceptibles de protéger les informations quantiques fragiles, facilement perturbées par de légères perturbations.

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"Pour des raisons fondamentales, ces anyons ont été très excitants, et pour des raisons pratiques, les gens espèrent qu'ils pourront être utiles", déclare le physicien théoricien Maissam Barkeshli de l'Université du Maryland, à College Park, qui n'a pas participé à l'une ou l'autre des études.

L'équipe de Google a créé les anyons à l'aide d'un ordinateur quantique supraconducteur, où les bits quantiques, ou qubits, sont constitués d'un matériau qui conduit l'électricité sans résistance. L'étude de Quantinuum, qui n'a pas encore fait l'objet d'un examen par les pairs, est basée sur un ordinateur quantique dont les qubits sont composés d'atomes de ytterbium et de baryum chargés électriquement et piégés. Dans les deux cas, les scientifiques ont manipulé les qubits pour créer les anyons et les déplacer, démontrant un changement mesurable après l'enchevêtrement des anyons.

Les scientifiques ont précédemment créé et tressé un type d'anyon moins exotique, appelé abelian anyon, au sein d'une couche 2D d'un matériau solide (SN: 7/9/20). Et de nombreux physiciens sont également en quête d'un matériau solide qui pourrait héberger le type non-abelian.

Mais les nouvelles études créent des états non-abelian au sein des qubits à l'intérieur d'un ordinateur quantique, ce qui est fondamentalement différent, indique Barkeshli. "Vous créez synthétiquement l'état pour un bref moment." Cela signifie qu'il ne possède pas toutes les propriétés que les anyons au sein d'un matériau solide auraient, ajoute-t-il.

Dans les deux cas, beaucoup plus de travail doit être accompli avant que les anyons puissent créer des ordinateurs quantiques puissants et résistants aux erreurs. L'étude de Google, en particulier, produit un anyon qui ressemble à un poisson hors de l'eau. Il s'agit d'un non-abelian dans un cadre abelian plus courant. Cela signifie que ces anyons pourraient ne pas être aussi puissants pour l'informatique quantique, estime Barkeshli.

Ce n'est pas seulement une question d'utilité pratique. Démontrer que les non-abelian anyons existent vraiment est fondamentalement important, déclare Henrik Dreyer de Quantinuum, un physicien à Munich. Cela "confirme que les règles de la mécanique quantique s'appliquent de la manière dont nous pensions qu'elles s'appliqueraient."