Des scientifiques russes ont prouvé expérimentalement l'existence d'un nouveau type de quasiparticule, des excitations jusqu'alors inconnues de paires couplées de photons dans des chaînes de qubits. Cette découverte pourrait être une étape vers des métamatériaux quantiques résistants aux désordres. L'étude a été publiée dans Examen physique B .

Les qubits supraconducteurs sont aujourd'hui une modalité de qubit de premier plan qui est actuellement recherchée par l'industrie et le milieu universitaire pour les applications d'informatique quantique. Cependant, les performances des ordinateurs quantiques sont largement affectées par la décohérence qui contribue à la durée de vie extrêmement courte d'un qubit et provoque des erreurs de calcul. Un autre défi majeur est la faible contrôlabilité des grands tableaux de qubits.

Les simulateurs quantiques de métamatériaux offrent une approche alternative à l'informatique quantique, car ils ne nécessitent pas une grande quantité d'électronique de commande. L'idée derrière cette approche est de créer de la matière artificielle à partir de qubits, dont la physique obéira aux mêmes équations que pour quelque matière réelle. Inversement, vous pouvez programmer le simulateur de manière à incarner la matière avec des propriétés qui n'ont pas encore été découvertes dans la nature.

Les tableaux de qubits supraconducteurs sont généralement décrits par le modèle de Bose-Hubbard. Une caractéristique intéressante du modèle de Bose-Hubbard est l'émergence de paires de bosons liés (doublons) causée par la forte non-linéarité quantique. La physique topologique des doublons a été largement explorée dans une série de travaux théoriques récents. Cependant, l'étude expérimentale des propriétés topologiques des paires de photons liés fait encore défaut.

Un groupe de scientifiques de NUST MISIS, Centre Quantique Russe, Université ITMO, Université technique d'État Bauman de Moscou, Le Dukhov Automatics Research Institute (VNIIA) et l'Ioffe Institute ont utilisé un ensemble de qubits supraconducteurs pour concevoir un simulateur quantique. Quantum utilise l'intrication et les comportements à plusieurs particules pour explorer et résoudre des problèmes scientifiques difficiles, ingénierie, et des problèmes de calcul.

"En enregistrant les propriétés des qubits, nous pouvons tirer des conclusions sur une classe plus large de systèmes physiques décrits par les mêmes équations. Et si nous pouvons changer les paramètres de ces équations de manière contrôlée, alors un tel appareil peut être considéré comme un "simulateur spécialisé". Bien sûr, sa programmabilité n'est pas la même que celle d'un ordinateur quantique, mais sa mise à l'échelle nécessite beaucoup moins de ressources, " explique le principal auteur de l'étude Ilya Besedin, chercheur junior au Laboratoire des Métamatériaux supraconducteurs NUST MISIS.

Les scientifiques ont conçu un réseau de qubits transmonaux supraconducteurs à couplage alternatif. En raison de l'alternance de liaisons fortes et faibles, deux zones et un état de bord apparaissent dans ce système. Cet état est classé comme topologique. De plus, l'expérience montre que les doublons forment également un état de bord.

"Nous avons pu voir comment les doublons forment ces zones, et nous avons même réussi à détecter comment un état de doublon de bord est apparu au bord supérieur de la zone de doublon lorsque nous avons augmenté la longueur du réseau, " note Ilya Besedin.

Ainsi, les scientifiques ont pu démontrer pour la première fois qu'un nouveau type de quasiparticules, les excitations topologiques doubles, peuvent apparaître dans les chaînes de qubits.

« Des recherches sur les qubits supraconducteurs et les circuits quantiques sont actuellement en cours dans de nombreux pays du monde, et la concurrence dans ce domaine s'intensifie. Cette étude sur 11 qubits montre que la Russie a atteint un haut niveau de développement scientifique dans le domaine de l'informatique quantique supraconductrice, " note le professeur Alexey Ustinov, Chef du laboratoire des métamatériaux supraconducteurs au NUST MISIS et chef de groupe au Russian Quantum Center, qui a co-écrit l'étude.