Les chercheurs ont démontré des portes quantiques holonomiques sous champ magnétique nul à température ambiante, qui pourraient permettre la réalisation d'ordinateurs quantiques universels rapides et tolérants aux pannes.

Un ordinateur quantique est une machine théorique capable de résoudre des problèmes complexes beaucoup plus rapidement que les ordinateurs conventionnels. Les chercheurs travaillent actuellement sur la prochaine étape de l'informatique quantique :la construction d'un ordinateur quantique universel.

Le papier, publié dans la revue Communication Nature , rapporte une démonstration expérimentale de portes quantiques holonomiques non adiabatiques et non abéliennes sur un qubit de spin géométrique sur un noyau d'électron ou d'azote, qui ouvre la voie à la réalisation d'un ordinateur quantique universel.

La phase géométrique est actuellement un enjeu clé en physique quantique. Une porte quantique holonome manipulant purement la phase géométrique dans le système d'état fondamental dégénéré est considérée comme un moyen idéal pour construire un ordinateur quantique universel tolérant aux pannes. La porte de phase géométrique ou porte quantique holonome a été démontrée expérimentalement dans plusieurs systèmes quantiques, y compris les centres de vacance d'azote (NV) dans le diamant. Cependant, les expériences précédentes nécessitaient des micro-ondes ou des ondes lumineuses pour manipuler le sous-espace non dégénéré, conduisant à la dégradation de la fidélité de la grille en raison d'interférences indésirables de la phase dynamique.

"Pour éviter les interférences indésirables, nous avons utilisé un sous-espace dégénéré du qutrit de spin triplet pour former un qubit logique idéal, que nous appelons un qubit de spin géométrique, dans un centre NV. Cette méthode a facilité des portes géométriques rapides et précises à une température inférieure à 10 K, et la fidélité de la porte était limitée par la relaxation radiative, " dit l'auteur correspondant, le professeur Hideo Kosaka de l'Université nationale de Yokohama. " Sur la base de cette méthode, en combinaison avec des micro-ondes polarisées, nous avons réussi à manipuler la phase géométrique dans un centre NV en diamant sous un champ magnétique nul à température ambiante."

Le groupe a également démontré une porte holonome à deux qubits pour montrer l'universalité en manipulant l'intrication électron-noyau. Le schéma rend une porte purement holonome sans nécessiter de trou d'énergie, qui aurait induit une interférence de phase dynamique pour dégrader la fidélité de la grille, et permet ainsi rapidement, contrôle précis de la mémoire quantique à longue durée de vie, une étape vers la réalisation de répéteurs quantiques s'interfaçant entre les ordinateurs quantiques universels et les réseaux de communication sécurisés.