Des scientifiques australiens ont démontré pour la première fois la protection d'états corrélés entre des photons appariés - des paquets d'énergie lumineuse - en utilisant le concept physique intrigant de topologie. Cette percée expérimentale ouvre la voie à la construction d'un nouveau type de bit quantique, les blocs de construction pour les ordinateurs quantiques.

La recherche, développé en étroite collaboration avec des collègues israéliens, est publié aujourd'hui dans la prestigieuse revue, Science , une reconnaissance de l'importance fondamentale de ce travail.

« Nous pouvons maintenant proposer une voie pour construire des états intriqués robustes pour les portes logiques en utilisant des paires de photons protégées, ", a déclaré l'auteur principal, le Dr Andrea Blanco-Redondo, du Nano Institute de l'Université de Sydney.

Les portes logiques sont les commutateurs nécessaires au fonctionnement des algorithmes écrits pour les ordinateurs quantiques. Les commutateurs de calcul classiques sont sous des formes binaires simples de zéro ou un. Les commutateurs quantiques existent dans un état de « superposition » qui combine zéro et un.

Protéger les informations quantiques suffisamment longtemps pour que les machines quantiques puissent effectuer des calculs utiles est l'un des plus grands défis de la physique moderne. Les ordinateurs quantiques utiles nécessiteront des millions ou des milliards de qubits pour traiter les informations. Jusque là, les meilleurs appareils expérimentaux ont environ 20 qubits.

Pour libérer le potentiel de la technologie quantique, les scientifiques doivent trouver un moyen de protéger la superposition intriquée de bits quantiques (ou qubits) à l'échelle nanométrique. Les tentatives pour y parvenir en utilisant des supraconducteurs et des ions piégés se sont révélées prometteuses, mais ils sont très sensibles aux interférences électromagnétiques, ce qui les rend diablement difficiles à transformer en machines utiles.

L'utilisation de photons - des paquets d'énergie lumineuse - plutôt que d'électrons a été l'une des alternatives proposées pour construire des portes logiques capables de calculer des algorithmes quantiques.

photons, contrairement aux électrons, sont bien isolés de l'environnement thermique et électromagnétique. Cependant, la mise à l'échelle des dispositifs quantiques basés sur les qubits photoniques a été limitée en raison de la perte de diffusion et d'autres erreurs ; jusqu'à maintenant.

"Ce que nous avons fait, c'est développer une nouvelle structure de réseau de nanofils de silicium, créant une symétrie particulière qui fournit une robustesse inhabituelle à la corrélation des photons. La symétrie permet à la fois de créer et de guider ces états corrélés, connus sous le nom de « modes de bord », " a déclaré le Dr Blanco-Redondo, le chercheur Messel à l'École de physique.

« Cette robustesse découle de la topologie sous-jacente, une propriété globale du réseau qui reste inchangée contre le désordre."

La corrélation que cela produit est nécessaire pour construire des états intriqués pour les portes quantiques.