Dans un article publié aujourd'hui dans la revue La nature , les physiciens rapportent la toute première observation de conductance thermique dans un matériau contenant des anyons, quasiparticules quantiques qui existent dans les systèmes bidimensionnels.

Le travail confirme les prédictions théoriques sur le comportement des anyons. Cette confirmation est importante car les scientifiques espèrent un jour exploiter le comportement de n'importe qui pour créer des ordinateurs quantiques à correction automatique, qui pourrait effectuer des calculs beaucoup plus complexes que les ordinateurs numériques.

Dima Feldman, professeur agrégé de physique à Brown, est co-auteur de la recherche avec des chercheurs du Weizmann Institute of Science en Israël. Il a parlé de la recherche dans une interview.

Pouvez-vous résumer ce que vous et vos collègues avez découvert ?

En langage technique, nous avons observé la quantification de la conductance thermique dans un système en interaction forte. Alors qu'est-ce que cela signifie? Tout le monde connaît la conductance. C'est simplement le transfert de chaleur d'un objet chaud vers un objet froid. Dans la science, vous pouvez en apprendre beaucoup sur la nature d'un matériau en comprenant à quelle vitesse il conduit la chaleur. Alors ici, nous avons observé comment cela fonctionne à un niveau quantique chez les anyons, qui sont essentiellement des états fractionnaires d'électrons dans des matériaux topologiques bidimensionnels. La quantification de la conductance thermique avait été observée auparavant dans des systèmes où l'interaction des particules est sans importance, mais c'est la première fois qu'on l'observe dans un système dominé par l'interaction électrique.

Pourquoi le constat est-il important ?

C'est important pour deux raisons. La première est plus philosophique. Nous sommes arrivés à un nombre universel pour la quantification du flux de chaleur anyonique, et les physiciens aiment les nombres universels. Lorsque vous arrivez à un numéro universel, vous avez trouvé l'ordre et l'harmonie dans la nature. C'est vraiment ça la physique.

Plus concrètement, nous avons réalisé notre expérience dans un matériau topologique, et il y a une idée pour utiliser des matériaux topologiques en informatique quantique. Les états quantiques sont facilement perturbés, ce qui dans un ordinateur quantique signifie qu'il fait beaucoup d'erreurs. Corriger ces erreurs est un grand défi. Mais il y a cette idée d'utiliser des matériaux topologiques pour exploiter les états quantiques d'anyons, que nous pensons être beaucoup moins fragile et peut donc faire des calculs sans erreur.

Comprendre comment la chaleur circule nous donne de nouvelles informations sur anyons. Il y avait eu des prédictions théoriques sur le transport de chaleur, et nous avons pu les démontrer expérimentalement. C'est donc un grand pas vers la compréhension du fonctionnement des anyons.

Quel était votre rôle dans le travail ?

J'étais un théoricien sur le projet, et les théoriciens ont plusieurs rôles sur quelque chose comme ça. J'ai aidé le groupe à comprendre ce que l'on veut mesurer, et j'ai travaillé pour aider à concevoir l'expérience. Mais je pense que j'ai principalement aidé à comprendre les données que nous avons obtenues de l'expérience. Certains de nos résultats ont été surprenants, c'était donc mon travail d'aider à donner un sens à cela.

Quelle est la prochaine étape pour cette ligne de recherche?

La prochaine étape serait de passer au deuxième niveau de Landau, ce qui signifie un état d'électrons d'énergie plus élevée. Anyons sont intéressants au premier niveau Landau où notre travail a été fait, mais ils deviennent encore plus intéressants au deuxième niveau. Donc, ce que les gens veulent comprendre, c'est ce que sont les gens, car ce sont les clés potentielles de l'ordinateur quantique autocorrecteur. Mais notre recherche a été une étape critique dans le processus.