La nouvelle conception des qubits stimule les applications informatiques quantiques

Les chercheurs ont utilisé des qubits pour concevoir des objets magnétiques pour le développement de nouvelles applications informatiques quantiques.

Utilisant un autant qu’un ordinateur en tant que plate-forme physique pour les expériences quantiques, les chercheurs ont découvert une nouvelle façon de concevoir et de caractériser des objets magnétiques idéaux à l’aide de qubits. Cela ouvrira une nouvelle approche pour développer des matériaux pour l’informatique quantique.

L’oeuvre, ‘Phases magnétiques induites par le champ dans un quasi-cristal de Penrose qubit,’ est publié dans Les avancées scientifiques.

L’expérience a utilisé des ordinateurs de recuit quantique D-Wave

“Avec l’aide d’un recuit quantique, nous avons démontré une nouvelle façon de modéliser les états magnétiques”, a déclaré Alejandro Lopez-Bezanilla, expérimentateur virtuel de la division théorique du laboratoire national de Los Alamos et auteur correspondant de l’article.

“Nous avons montré qu’un réseau quasi-cristal magnétique peut héberger des états qui vont au-delà des états zéro et un bit de la technologie de l’information classique”, a déclaré Lopez-Bezanilla. “En appliquant un champ magnétique à un ensemble fini de spins, nous pouvons transformer le paysage magnétique d’un objet quasi cristallin.”

“Un quasi-cristal est une structure composée par la répétition de certaines formes de base suivant des règles différentes de celles des cristaux réguliers”, a-t-il déclaré.

Au lieu de modéliser des expériences physiques réelles sur des quasi-cristaux, l’équipe a utilisé des ordinateurs de recuit quantique D-Wave pour les mener. Cette approche “laisse la matière vous parler”, a déclaré Lopez-Bezanilla, “parce qu’au lieu d’exécuter des codes informatiques, nous passons directement à la plate-forme quantique et définissons toutes les interactions physiques à volonté”.

L’équipe a connecté 201 qubits pour reproduire la géométrie d’un quasi-cristal de Penrose

À l’aide de l’ordinateur D-Wave, Lopez-Bezanilla a sélectionné 201 qubits et les a couplés les uns aux autres pour reproduire la forme d’un quasi-cristal de Penrose. Cela aide les chercheurs à observer leur comportement sous l’action d’un champ magnétique.

Personne n’avait fait tourner chacun des nœuds du quasi-cristal de Penrose depuis que Roger Penrose a conçu les structures apériodiques dans les années 1970.

“J’ai connecté les qubits de manière à ce qu’ils reproduisent la géométrie de l’un de ses quasi-cristaux, le soi-disant P3”, a déclaré Lopez-Bezanilla. “À ma grande surprise, j’ai observé que l’application de champs magnétiques externes spécifiques sur la structure faisait que certains qubits présentaient des orientations vers le haut et vers le bas avec la même probabilité, ce qui conduit le quasi-cristal P3 à adopter une riche variété de formes magnétiques.”

Les quasi-cristaux s’installent dans différents arrangements magnétiques en manipulant la force d’interaction entre les qubits et les qubits avec le champ externe. Cela offre la possibilité d’encoder plus d’un bit d’information dans un seul objet.

Certaines de ces configurations ne démontrent aucun ordre précis de l’orientation des qubits.

“Cela peut jouer en notre faveur”, a déclaré Lopez-Bezanilla, “car ils pourraient potentiellement héberger une quasi-particule quantique d’intérêt pour les sciences de l’information.” Une quasi-particule de spin peut transporter des informations insensibles au bruit extérieur.

Une quasi-particule décrit le comportement collectif d’un groupe d’éléments de base. La masse et la charge, par exemple, peuvent être attribuées à plusieurs spins se déplaçant comme s’ils n’en formaient qu’un.