Les ordinateurs quantiques à ions piégés sont des dispositifs quantiques dans lesquels les ions piégés vibrent ensemble et sont entièrement isolés de l'environnement extérieur. Ces ordinateurs peuvent être particulièrement utiles pour étudier et réaliser divers états de physique quantique.

Des chercheurs du NIST/Université du Maryland et de l'Université Duke ont récemment utilisé un ordinateur quantique à ions piégés pour réaliser deux phases quantiques induites par la mesure, à savoir la phase pure et la phase mixte ou de codage lors d'une transition de phase de purification. Leurs découvertes, publiées dans un article de Nature Physics , contribuent à la compréhension expérimentale des systèmes quantiques à plusieurs corps.

"Nos méthodes étaient basées sur les travaux de Michael Gullans et David Huse, qui ont identifié une transition de purification induite par la mesure dans des circuits quantiques aléatoires", a déclaré Crystal Noel, l'un des chercheurs qui a mené l'étude, à Phys.org. "L'objectif principal de notre article était d'observer expérimentalement ce phénomène critique à l'aide d'un ordinateur quantique."

Pour mesurer la transition de phase de purification décrite pour la première fois par Gullans et Huse, les chercheurs ont dû faire la moyenne des données collectées sur plusieurs circuits aléatoires. De plus, les mesures qu'ils ont collectées comprenaient à la fois des mesures unitaires et projectives.

"En commençant dans un état mixte avec une entropie élevée, ou des informations, puis en faisant évoluer les circuits, l'entropie à la fin du circuit indique si cette information a été perdue, ou en d'autres termes, le système s'est purifié", a expliqué Noel. "Nous avons mesuré l'entropie du système après l'évolution du circuit tout en ajustant le taux de mesure tout au long de la transition."

Selon les prédictions théoriques, la transition de phase de purification sondée par l'équipe aurait dû apparaître à un point critique, ressemblant à un seuil de tolérance aux pannes. Noel et ses collègues ont mené leurs expériences sur des circuits aléatoires optimisés pour bien fonctionner avec leur ordinateur quantique à piège à ions. Cela leur a permis d'observer les différentes phases de purification à l'aide d'un système relativement petit.

"Les phénomènes critiques de cette nature sont difficiles à observer en raison de la nécessité de systèmes de grande taille, de mesures à mi-circuit et d'une moyenne sur de nombreux circuits aléatoires prenant un temps de calcul important", a déclaré Noel. "Nous avons trouvé un moyen d'adapter le modèle que nous avons étudié au système dont nous disposions, et de montrer qu'avec un modèle minimal, les phénomènes critiques peuvent encore être observés."

Grâce à leur ordinateur quantique à ions piégés, l'équipe a pu sonder à la fois la phase pure de la transition de phase de purification et la phase mixte ou de codage. Dans le premier de ces états, le système est rapidement projeté à un état pur, qui est lié aux résultats de la mesure. Dans le second, l'état initial du système est en partie codé dans un espace de codage de correction d'erreur quantique, qui conserve la mémoire du système de ses conditions d'origine pendant plus longtemps.

La réalisation réussie par Noel et ses collègues de ces deux phases de la transition de purification dans leur ordinateur quantique à piège à ions pourrait inspirer d'autres équipes à utiliser des systèmes similaires pour sonder d'autres phases quantiques de la matière. Dans leurs prochains travaux, les chercheurs continueront d'utiliser le même ordinateur, qui a maintenant été transféré au New Duke Quantum Center, pour étudier d'autres phénomènes physiques. Chris Monroe, le chercheur principal de l'étude récente, est maintenant directeur de ce centre et dirigera d'autres travaux d'études utilisant l'ordinateur quantique à ions piégés.

« Nous prévoyons maintenant de continuer à étudier les phénomènes critiques dans les circuits aléatoires à l'aide de notre ordinateur quantique à ions piégés. celui observé ici afin de mieux comprendre l'informatique quantique et les systèmes quantiques ouverts plus généralement." + Explorer plus loin

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