Des recherches expérimentales menées par une équipe conjointe du Laboratoire national de Los Alamos et de D-Wave Quantum Systems examinent le rôle paradoxal des fluctuations dans l'induction d'un ordre magnétique sur un réseau de qubits.
À l'aide d'une plateforme de recuit quantique D-Wave, l'équipe a découvert que les fluctuations peuvent réduire l'énergie totale des moments magnétiques en interaction, une compréhension qui pourrait contribuer à réduire le coût du traitement quantique dans les appareils.
"Dans cette recherche, plutôt que de nous concentrer sur la recherche de performances supérieures aux ordinateurs quantiques par rapport à leurs homologues classiques, nous avons cherché à exploiter un réseau dense de qubits interconnectés pour observer et comprendre le comportement quantique", a déclaré Alejandro Lopez-Bezanilla, physicien à la division théorique. à Los Alamos.
Comme décrit dans un article publié dans Nature Communications , l'équipe a étudié l'interaction complexe d'environ 2 000 qubits au sein d'un réseau hexagonal asymétrique. Ils ont exploré l'impact des facteurs qui induisent généralement du désordre sur les moments magnétiques :le petit champ magnétique créé par les qubits supraconducteurs.
L’équipe a introduit des fluctuations, signifiant des changements dynamiques dans l’alignement et la disposition des moments magnétiques, qui étaient provoqués à la fois par des effets thermiques, associés à la température, et par des effets quantiques, résultant de l’application d’un champ magnétique externe. Cela leur a permis d'expérimenter l'entropie, les moments magnétiques et le désordre sur le réseau magnétique « frustré » qu'ils avaient conçu.
Les résultats se sont révélés contre-intuitifs :dans certaines conditions physiques, les configurations avec une distribution groupée de défauts apparaissent comme l'état le plus probable, remettant en question les hypothèses conventionnelles sur la relation entre désordre et entropie. Si l'on s'attend généralement à ce que les configurations avec une entropie plus élevée présentent un plus grand désordre, l'équipe a pu démontrer dans un système quantique que des états ordonnés caractérisés par des modèles spécifiques peuvent émerger, semblables au processus « ordre par désordre », même lorsque cela semble être un désordre. des facteurs inducteurs sont présents.
"L'idée selon laquelle nous pourrions promouvoir l'ordre en ajoutant des fluctuations thermiques et même l'améliorer en ajoutant des fluctuations quantiques peut sembler paradoxale", a déclaré Cristiano Nisoli, physicien du laboratoire et co-auteur de l'étude. "Mais nous avons pu observer en détail comment les fluctuations influencent les mécanismes et les conditions physiques conduisant au regroupement de défauts. Cette idée peut nous orienter vers des améliorations dans la manière dont les systèmes quantiques sont construits."
À l'avenir, des développements supplémentaires de la plateforme quantique D-Wave et des capacités expérimentales permettront aux chercheurs de se concentrer uniquement sur le rôle des fluctuations quantiques, en les dissociant de l'influence concurrente des fluctuations thermiques.
Plus d'informations : Alejandro Lopez-Bezanilla et al, Les fluctuations quantiques entraînent des corrélations non monotones dans un réseau de qubits, Nature Communications (2024). DOI :10.1038/s41467-023-44281-0
Fourni par le Laboratoire national de Los Alamos
