Quiconque a essayé de guider un groupe de touristes à travers une ville animée connaît le problème. Comment faites-vous pour garder le groupe ensemble quand ils sont constamment bousculés, retenu et distrait par le brouhaha autour d'eux ?

C'est un problème auquel les concepteurs d'ordinateurs quantiques doivent s'attaquer. Dans certains futurs ordinateurs quantiques, l'information sera codée dans les états quantiques délicats de groupes de particules. Celles-ci sont bousculées par le bruit et le désordre au sein des matériaux du processeur. Maintenant, une équipe internationale a proposé un schéma qui pourrait aider à protéger des groupes de particules et leur permettre de se déplacer ensemble sans qu'aucune ne se perde ou ne soit bloquée.

La proposition, publié le 17 novembre dans Lettres d'examen physique , provient de chercheurs de l'Université nationale de Singapour (NUS), Université technique de Crète, Université d'Oxford et Google. Leur article propose un schéma capable de transporter de manière fiable des états quantiques de quelques photons le long d'une ligne de circuits quantiques miniatures. Les simulations montrent qu'il devrait déplacer efficacement un état à trois photons d'un site de circuit à un autre sur des dizaines de sites :les particules sautent ensemble et apparaissent finalement à l'autre extrémité sans être perturbées, sans étalement.

Le schéma est basé sur les idées du physicien David J. Thouless, qui a remporté la moitié du prix Nobel de physique 2016 pour ses travaux sur les effets topologiques dans les matériaux. Les effets topologiques sont liés à la géométrie, et leur utilisation dans l'informatique quantique peut aider à protéger les états quantiques fragiles pendant le traitement.

L'une des contributions majeures de Thouless a été l'invention du « pompage topologique ». Cela fonctionne quelque chose comme la pompe à vis d'Archimède pour l'eau. La vis du grec ancien tourne, mais l'eau à l'intérieur se déplace en ligne droite jusqu'à une colline. « Même si le mouvement de la machine est cyclique, le mouvement des particules n'est pas, ils se déplacent en ligne, " explique Jirawat Tangpanitanon, premier auteur de l'article et doctorant dans le groupe de Dimitris Angelakis au Center for Quantum Technologies (CQT) de NUS.

Dans le schéma quantique, le pas de vis n'est pas une structure physique mais un champ extérieur oscillant imposé aux particules par le contrôle électronique du dispositif qui les contient.

Angelakis a commencé son groupe à étudier le pompage topologique après que d'autres en 2015 aient démontré l'effet pour l'individu, sans interaction, particules. Angelakis, Tangpanitanon et le chercheur Victor Bastidas voulaient savoir s'il serait également possible de déplacer des groupes de particules de manière cohérente.

La réponse est oui. Quoi de plus, contrairement à la pompe d'Archimède, qui ne peut déplacer l'eau que dans un sens, les particules quantiques peuvent même être envoyées en sens inverse en changeant les conditions initiales. "C'est comme un moonwalk, " plaisante Tangpanitanon. On dirait que tout devrait aller de l'avant, mais au lieu de cela, les particules reculent en raison d'effets quantiques.

Co-auteur Pedram Roushan - membre du groupe Google à Santa Barbara, La Californie construit des circuits supraconducteurs pour l'informatique quantique - et l'équipe espère voir l'idée mise en œuvre dans un matériel similaire. "Ce document est presque un modèle. Nous avons développé la proposition pour faire correspondre les appareils existants, " dit Angelakis, qui est chercheur principal au CQT et membre du corps professoral de l'Université technique de Crète.