Les chercheurs ont trouvé un moyen de protéger les systèmes quantiques très fragiles du bruit, qui pourraient aider à la conception et au développement de nouveaux dispositifs quantiques, comme les ordinateurs quantiques ultra-puissants.

Les chercheurs, de l'Université de Cambridge, ont montré que des particules microscopiques peuvent rester intrinsèquement liées, ou enchevêtré, sur de longues distances même s'il y a des perturbations aléatoires entre eux. En utilisant les mathématiques de la théorie quantique, ils ont découvert une configuration simple où les particules intriquées peuvent être préparées et stabilisées même en présence de bruit en tirant parti d'une symétrie jusque-là inconnue dans les systèmes quantiques.

leurs résultats, rapporté dans le journal Lettres d'examen physique , ouvrir une nouvelle fenêtre sur le monde quantique mystérieux qui pourrait révolutionner la technologie future en préservant les effets quantiques dans les environnements bruyants, qui est le plus gros obstacle au développement d'une telle technologie. L'exploitation de cette capacité sera au cœur des ordinateurs quantiques ultrarapides.

Les systèmes quantiques sont construits sur le comportement particulier des particules au niveau atomique et pourraient révolutionner la façon dont les calculs complexes sont effectués. Alors qu'un bit d'ordinateur normal est un interrupteur électrique qui peut être réglé sur un ou sur zéro, un peu quantique, ou qubit, peut être réglé sur un, zéro, Ou les deux à la fois. Par ailleurs, lorsque deux qubits sont intriqués, une opération sur l'un affecte immédiatement l'autre, peu importe à quelle distance ils sont. Ce double état est ce qui donne à un ordinateur quantique sa puissance. Un ordinateur construit avec des qubits intriqués au lieu de bits normaux pourrait effectuer des calculs bien au-delà des capacités des supercalculateurs les plus puissants.

"Toutefois, les qubits sont des choses extrêmement pointilleuses, et le moindre bruit dans leur environnement peut provoquer la rupture de leur enchevêtrement, " a déclaré le Dr Shovan Dutta du laboratoire Cavendish de Cambridge, le premier auteur de l'article. "Jusqu'à ce que nous puissions trouver un moyen de rendre les systèmes quantiques plus robustes, leurs applications dans le monde réel seront limitées."

Plusieurs entreprises, notamment, IBM et Google ont développé des ordinateurs quantiques fonctionnels, bien que jusqu'à présent, ceux-ci aient été limités à moins de 100 qubits. Ils nécessitent une isolation quasi-totale du bruit, et même alors, ont des durées de vie très courtes de quelques microsecondes. Les deux sociétés prévoient de développer des ordinateurs quantiques à 1 000 qubits au cours des prochaines années, même si à moins que les problèmes de stabilité ne soient surmontés, les ordinateurs quantiques n'atteindront pas une utilisation pratique.

Maintenant, Dutta et son co-auteur, le professeur Nigel Cooper, ont découvert un système quantique robuste dans lequel plusieurs paires de qubits restent enchevêtrées même avec beaucoup de bruit.

Ils ont modélisé un système atomique dans une formation en réseau, où les atomes interagissent fortement les uns avec les autres, sauter d'un site du réseau à un autre. Les auteurs ont trouvé que si du bruit était ajouté au milieu du réseau, cela n'a pas affecté les particules enchevêtrées entre les côtés gauche et droit. Cette caractéristique surprenante résulte d'un type particulier de symétrie qui conserve le nombre de ces paires enchevêtrées.

"Nous ne nous attendions pas du tout à ce type d'enchevêtrement stabilisé, " dit Dutta. " Nous sommes tombés sur cette symétrie cachée, ce qui est très rare dans ces systèmes bruyants."

Ils ont montré que cette symétrie cachée protège les paires enchevêtrées et permet de contrôler leur nombre de zéro à une grande valeur maximale. Des conclusions similaires peuvent être appliquées à une large classe de systèmes physiques et peuvent être réalisées avec des ingrédients déjà existants dans des plates-formes expérimentales, ouvrant la voie à un enchevêtrement contrôlable dans un environnement bruyant.

"Les perturbations environnementales incontrôlées sont mauvaises pour la survie des effets quantiques comme l'enchevêtrement, mais on peut apprendre beaucoup en concevant délibérément des types de perturbations spécifiques et en voyant comment les particules réagissent, " a déclaré Dutta. "Nous avons montré qu'une simple forme de perturbation peut en fait produire - et préserver - de nombreuses paires enchevêtrées, ce qui est une grande incitation pour les développements expérimentaux dans ce domaine."

Les chercheurs espèrent confirmer leurs découvertes théoriques par des expériences au cours de la prochaine année.