La révolution de l'informatique quantique se rapproche de plus en plus, mais la nécessité d'un ordinateur qui fait des erreurs corrigées continue de la retenir.
Grâce à une collaboration avec IBM dirigée par Cornell, les chercheurs ont rapproché cette révolution, réalisant deux percées majeures. Premièrement, ils ont démontré une implémentation résistante aux erreurs des portes quantiques universelles, les éléments constitutifs essentiels du calcul quantique. Deuxièmement, ils ont présenté la puissance d'un ordinateur quantique topologique pour résoudre des problèmes difficiles qu'un ordinateur conventionnel ne pouvait pas gérer.
Dans l'article « Réaliser la condensation de filet: Fibonacci Anyon Traiding pour les portes universelles et échantillonnage des polynômes chromatiques » publiés dans Communications de la natureune collaboration internationale entre des chercheurs d'IBM, Cornell, de l'Université Harvard et du Weizman Institute of Science a démontré, pour la première fois, la capacité de coder des informations en tressant – en mouvement dans un ordre particulier – le condensat net de fibonacci (FIB SNC), qui sont des quasi-particules exotiques, dans un espace bicolore.
« Il s'agit vraiment de la première étape vers l'informatique quantique topologique universelle ou l'informatique tolérante aux pannes », a déclaré le co-correspondant auteur Eun-Ah Kim, Hans A. Bethe Professeur de physique au Collège des arts et des sciences.
« La deux dimensions est très importante pour être très tolérante aux pannes et résistante à l'erreur. Si vous ne faites que tout dans une dimension, il n'y a pas un tel potentiel de tolérance aux défauts », a déclaré l'auteur de co-correspondant Chao-Ming Jian, professeur adjoint de physique (A&S).
Les chercheurs ont démontré la puissance de leur méthode sur un problème dur connu, plutôt que celui inventé pour l'expérience. À petite échelle, ils pourraient vérifier les résultats de l'ordinateur quantique à l'aide d'un ordinateur classique comme preuve de principe.
Le problème difficile qu'ils ont choisi impliquait des polynômes chromatiques, provenant d'un problème de comptage des graphiques avec des nœuds de couleur différents et quelques règles simples. Les ordinateurs classiques peuvent calculer le nombre de coloriages possibles autorisés dans un graphique simple avec seulement quelques nœuds et quelques couleurs. Mais dès que le graphique s'élargit avec de nombreux nœuds et de nombreuses connexions, le nombre de possibilités devient rapidement exponentiellement grand. Un ordinateur classique ne peut pas calculer autant de possibilités.
Le protocole utilisé par les chercheurs – échantillonnant les polynômes chromatiques pour un ensemble de différents graphiques où le nombre de couleurs est le rapport doré – est évolutif, de sorte que d'autres chercheurs avec des ordinateurs quantiques peuvent le dupliquer à plus grande échelle.
« Quelqu'un peut suivre notre protocole et faire quelque chose qui n'est classiquement pas possible », a déclaré Kim. « Nous le proposons comme un défi à quiconque. »
L'étude des systèmes quantiques à plusieurs corps commandés par topologique – des systèmes avec un grand nombre de particules quantiques interagissantes – et leurs applications dans le calcul quantique présente d'énormes défis pour les chercheurs quantiques. Être en mesure de s'appuyer sur les ressources, l'expertise et la perspicacité des scientifiques du monde entier – dans l'industrie et le monde universitaire – pour leur équipe était essentiel pour obtenir leurs résultats, a déclaré Kim.
« Les chercheurs d'IBM étaient essentiels pour comprendre la théorie de l'état topologique et comment concevoir un protocole pour le mettre en œuvre sur un ordinateur quantique, qu'ils ont fourni », a-t-elle déclaré. « Nos autres collègues ont apporté des contributions essentielles avec les simulations matérielles, la connexion de la théorie pour expérimenter et déterminer notre stratégie. »
