Les physiciens ont créé une phase étrange de la matière avec deux dimensions de temps

Les Physiciens Ont Créé Une Phase étrange De La Matière

De l’autre côté du miroir : le monde de la physique quantique et de l’informatique quantique est un défi pour la plupart des gens. J’ai lu un bon nombre de livres sur les sujets, mais la recherche que je m’apprête à rapporter me fait tourner la tête. D’une manière ou d’une autre, les scientifiques ont créé une nouvelle phase de la matière avec un temps bidimensionnel.

Les scientifiques du Centre de physique quantique computationnelle du Flatiron Institute à New York ont ​​​​créé une nouvelle phase de la matière jamais vue auparavant. La particularité de celui-ci est que les atomes ont deux dimensions de temps même s’ils existent dans notre flux de temps singulier. L’équipe a publié son étude dans Nature le 20 juillet.

Les physiciens ont créé cette phase étrange de la matière en lançant un laser avec une impulsion basée sur la séquence de Fibonacci sur des atomes utilisés à l’intérieur d’un ordinateur quantique. Ils soutiennent que cela pourrait être une percée dans l’informatique quantique, car cela peut protéger les informations stockées des erreurs qui se produisent dans les méthodes actuelles de stockage quantique. La dégradation des données se produit toujours, mais à un rythme beaucoup plus lent.

L’auteur principal de l’article, Philipp Dumitrescu, a déclaré qu’il travaillait sur la théorie derrière la science depuis plus de cinq ans, mais c’est la première fois qu’elle est « réalisée » dans des expériences pratiques.

« [This dynamical topological phase] est une façon complètement différente de penser aux phases de la matière », a déclaré Dumitrescu à Phys.org.

Les chercheurs ont réalisé leur théorie en émettant des ions d’un élément dans des ordinateurs quantiques appelés ytterbium. Lorsqu’ils ont frappé les ions avec un motif répétitif standard (AB, AB, AB…), les qubits résultants sont restés quantiques pendant 1,5 seconde, ce qu’ils ont noté comme une amélioration incroyable.

Cependant, lorsqu’ils ont fait exploser les ions avec une impulsion de Fibonacci (A, AB, ABA, ABAAB, ABAABABA…), les qubits sont restés dans un super état pendant 5,5 secondes. Les résultats sont remarquables si l’on considère que la durée de vie moyenne d’un qubit est d’environ 500 nanosecondes (0,00000005 de seconde). Cette courte durée de vie est due au fait qu’un qubit quitte son super-état (où il existe simultanément en tant que 1 et 0) chaque fois qu’il est observé ou mesuré. Même les interactions avec d’autres qubits suffisent à détruire cette quantification.

Les physiciens ont cree une phase etrange de la matiere

« Même si vous gardez tous les atomes sous contrôle strict, ils peuvent perdre leur quantum en parlant à leur environnement, en s’échauffant ou en interagissant avec des choses d’une manière que vous n’aviez pas prévue », a déclaré Dumitrescu. « En pratique, les dispositifs expérimentaux ont de nombreuses sources d’erreur qui peuvent dégrader la cohérence après seulement quelques impulsions laser. »

La physique sous-jacente est assez difficile à comprendre pour les profanes, mais elle est illustrée dans le motif de carrelage Penrose ci-dessus. Comme les cristaux typiques, ce quasi-cristal a un réseau stable mais avec une structure qui ne se répète jamais. Ce motif est une représentation 2D d’un réseau carré 5D.

Les chercheurs voulaient créer une structure symétrique similaire, mais plutôt que de la construire dans l’espace, ils l’ont construite dans le temps. Les physiciens ont utilisé le laser pulsé de Fibonacci pour créer un qubit de dimension supérieure possédant une « symétrie temporelle ». Lorsqu’il est « écrasé » dans notre royaume 4D, le qubit résultant a deux dimensions de temps. Cette dimension supplémentaire protège quelque peu le qubit de la dégradation quantique. Cependant, il n’est appliqué qu’aux « bords » extérieurs d’une série d’ions 10-ytterbium (le premier et le dixième qubit).

« Avec cette séquence quasi-périodique, il y a une évolution compliquée qui annule toutes les erreurs qui vivent sur le bord », a déclaré Dumitrescu. « A cause de cela, le bord reste cohérent sur le plan de la mécanique quantique beaucoup, beaucoup plus longtemps que prévu. »

Bien que les physiciens aient démontré que la technique crée des qubits beaucoup plus robustes, ils admettent qu’ils ont encore beaucoup de travail devant eux. Cette nouvelle phase de la matière peut entraîner un stockage d’informations quantiques à long terme, mais seulement s’ils peuvent en quelque sorte les intégrer dans un ordinateur quantique.

« Nous avons cette application directe et alléchante, mais nous devons trouver un moyen de l’intégrer dans les calculs », a déclaré Dumitrescu. « C’est un problème ouvert sur lequel nous travaillons. »