Une équipe de recherche internationale dirigée par Robert Ott et Hannes Pichler a développé une nouvelle architecture pour les processeurs quantiques qui est spécialement conçue pour simuler des fermiules – des particules telles que les électrons. La méthode peut être mise en œuvre à l'aide de technologies déjà disponibles aujourd'hui.
L'étude est publiée dans la revue Lettres d'examen physique.
Les fermions sont une classe fondamentale de particules en physique. Ils comprennent des électrons, des protons et des neutrons – les éléments constitutifs de toutes les matières. Ils sont soumis au principe dit Pauli, selon lequel deux fermions ne peuvent jamais occuper exactement le même état quantique. Ce comportement détermine les propriétés essentielles de la matière, telles que la structure des atomes ou le comportement des électrons dans les matériaux.
L'équipe du Département de physique théorique de l'Université d'Innsbruck et l'institut OAW pour l'optique quantique et les informations quantiques (IQOQI) montrent à quel point les atomes fermioniques neutres dans les pièges optiques peuvent être utilisés pour reproduire efficacement les propriétés complexes des molécules et des matériaux.
En utilisant des atomes neutres individuels, qui sont eux-mêmes des particules fermioniques, les propriétés fermioniques sont réalisées directement dans le matériel.
Correction d'erreur dans les systèmes fermioniques
Un défi qui n'est resté pas résolu dans ce type de processeur quantique est l'intégration de la correction d'erreur. Les stratégies classiques des limitations du visage de calcul quantique ici, car le nombre de particules dans les systèmes atomiques est généralement fixe – une condition préalable qui exclut de nombreuses méthodes de correction établies.
La nouvelle étude surmonte cet obstacle avec un concept innovant: une soi-disant «référence fermionique» comprenant des atomes supplémentaires.
« Cette référence fermionique permet l'échange contrôlé de particules entre le processeur et la référence, permettant à des superpositions efficaces de différents nombres de particules.
Erreurs réduites par un ordre de grandeur
Dans leur travail, les chercheurs montrent comment cette architecture peut être utilisée pour construire des éléments constitutifs fondamentaux pour l'informatique tolérante aux pannes. Ils montrent également que les types d'erreurs courants – en particulier les erreurs de phase – peuvent être identifiées et corrigées avec une efficacité élevée. Dans les simulations, la probabilité d'erreurs a été réduite par un ordre de grandeur.
« Ce travail ouvre la voie à des ordinateurs quantiques fermioniques plus précis et évolutifs en utilisant des technologies déjà disponibles aujourd'hui », explique Hannes Pichler, qui dirige le groupe de recherche.
« Il ouvre de nouvelles perspectives pour la simulation de systèmes physiques quantiques complexes, en particulier en chimie et en science des matériaux. »
