une nouvelle révolution grâce aux graphiques

Le graphène a réussi mille et une fois à éblouir les chercheurs par ses propriétés diverses et étonnantes. Récemment, il est venu au secours des chercheurs en informatique quantique en leur offrant un instrument de mesure plus rapide et plus efficace.

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[EN VIDÉO] Interview: En quoi un ordinateur quantique diffère-t-il?
Le monde quantique est fascinant: à cette échelle, les objets peuvent être dans plusieurs états à la fois, par exemple. En utilisant ce principe, un ordinateur quantique aurait des possibilités bien plus grandes qu’un modèle classique. Dans le cadre de sa série de vidéos Questions d’experts en physique et en astrophysique, De Boeck a interviewé Claude Aslangul, professeur à l’UPMC, pour expliquer le fonctionnement de cette étrange machine.

L’informatique quantique est une discipline complexeet mettez à l’épreuve la rigueur et la patience des chercheurs. En revanche, le Graphique ne cesse de surprendre les scientifiques par sa polyvalence et ses propriétés électriques, chimiques, quantiques, mécaniques, optiques et même magnétiques exceptionnelles. Le sien isolement et sa caractérisation en 2004 a remporté un prix Nobel physicien Andre Geim et Konstantin Novoselov et depuis lors la frénésie des graphes a continué à gagner de la vitesse. Alors, que se passe-t-il lorsque vous mélangez cela de manière fantastique? Matériel à l’ordinateur quantique?

Grâce au graphène, les physiciens de l’Université Aalto et du Centre de recherche technique (VTT) en Finlande ont réussi à développer un nouveau détecteur capable de mesurer les quanta (Paquets) ré ‘énergie à une résolution jusqu’ici inégalé. Baptisé BolomètreCe type de détecteur a été inventé en 1878 pour mesurer le rayonnement électromagnétique du soleil. Depuis lors, son utilisation a évolué vers le champ microscopique jusqu’à ce qu’elle se termine dans l’infiniment petit.

La réponse en bolomètres

Le groupe de recherche du professeur Mikko Möttönen a étudié son application dans l’ordinateur quantique au cours de la dernière décennie et est désormais en mesure de produire un détecteur dont les performances correspondent aux modèles utilisés ordinateurs quantiques actuels.

« Il est étonnant de constater à quel point nous avons pu améliorer les fonctions de notre bolomètre année après année. Nous nous lançons maintenant dans une aventure passionnante au cœur des dispositifs quantiques », s’enthousiasme Möttönen, Auteur principal de la nouvelle étude publiée dans la revue la nature.

Mesurer sans précipitation

Pour fonctionner, un ordinateur quantique doit être capable d’étudier la quantité d’énergie provenant QubitsUn ordinateur typique a besoin de savoir s’il s’agit d’un 1 ou d’un 0. Cependant, mesurer la tension d’un qubit est un peu plus compliqué. Pour être détectable, le signal doit être amplifié par un circuit qui consomme beaucoup de courant et limite la viabilité du système à plus grande échelle, à la fois par sa taille et par les perturbations qu’il provoque dans l’état quantique des qubits.

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Grâce aux bolomètres, l’équipe de Möttönen espère contourner le problème en proposant une solution qui utilise moins d’énergie et d’espace et est plus rapide grâce à l’intervention de graphes. Ce dernier chauffe si vite qu’il est un détecteur idéal pour ce type de mesure, 100 fois plus rapide que çaalliage L’or-palladium est normalement utilisé et peut faire son travail avec un minimum d’interférences. Les chercheurs espèrent que cette nouvelle percée atténuera et accélérera les limites techniques de l’ordinateur quantique.

Ordinateurs quantiques: les anyons peuvent être observés dans les graphiques

Article de Laurent Sacco, publié le 31 mars 2018

Le moyen de Ordinateur quantique est bloquée par la décohérence. Cependant, si nous pouvions prouver l’existence de nouvelles particules quantiques dans les graphes, cela pourrait permettre la construction d’ordinateurs quantiques topologiques. Cependant, ces particules, appelées anyons, pourraient être observées avec un Microscope à tunnel.

Ces dernières années, le domaine de l’informatique quantique semble se développer plus rapidement que prévu. Il y a probablement encore un long chemin à parcourir de la coupe aux lèvres, même s’il existe des utilisations intéressantes dans le domaine Simulateurs quantiques verra sans aucun doute le jour. Google et IBMEn tout cas, ils semblent penser que le jeu en vaut la chandelle puisqu’ils ont commencé la course à ces machines.

Pourtant, le fameux problème de la décohérence reste énorme. Un ordinateur ou une calculatrice quantique (sur laquelle vous ne pouvez pas programmer tous les algorithmes) en prend beaucoup Qubits dans un état de superposition quantique, comme on dit, pour faire fonctionner et battre des machines dont les calculs sont basés sur les lois de anatomie classique. Fondamentalement, il s’agit de construire un imposant château de cartes: plus il est grand, plus il est fragile et plus il risque de s’effondrer avant d’être terminé. De même, plus les états quantiques des bits d’information sont grands, plus la perturbation de l’environnement est importante chaleur, le lumière, etc. supprimera rapidement la superposition de ces états. Par conséquent, les calculs que certaines tentatives sur de tels ordinateurs n’ont pas le temps de se terminer, ou tout simplement Taux d’erreur devient si grand que les résultats ne sont pas fiables.

Certains essaient donc de trouver des techniques permettant de corriger ces erreurs et, surtout, d’isoler le cœur des machines dans lesquelles sont effectués les calculs des effets de la décohérence environnementale. L’une des possibilités examinées serait d’utiliser dans une certaine mesure des qubits, portés par des quasiparticules plus ou moins hypothétiques, dits «anyons», en exploitant les propriétés mathématiques des qubits Équations Description de ces objets, responsable du domaine des mathématiques appelé «topologie». Cela permet aux machines avec le nom ” ordinateurs quantiques topologiques ».

Ordinateurs quantiques topologiques protégés contre la décohérence

Avant d’examiner le concept des anyons, voyons ce qu’est un ordinateur quantique topologique. Imaginez un certain nombre deLes électrons d’affilée sur une ligne droite qui se comporte un peu comme des gyroscopes: on attribue un “1” à l’électron lorsque le sommet tourne dans un sens autour de la verticale et un “0” lorsqu’il tourne dans l’autre Chemin. Un calcul quantique peut être vu comme une série d’opérations pour incliner temporellement le sens de rotation de ces électrons.

Construisons un Diagramme espace-temps (voir vidéo ci-dessus) en empilant verticalement les valeurs portées par les électrons le long d’un axe qui décrit le passage du temps. La mécanique quantique nous dit que les électrons sont, en fait, des particules indiscernables et que nous pouvons permuter les positions que ces électrons occupent; Donc à la fin, nous pouvons décrire les calculs quantiques, qui sont effectués comme une série de trajectoires avec des permutations pour ces particules dans le diagramme espace-temps du passé vers le futur. On a alors des types de tresses (tresses en anglais dans la vidéo ci-dessus), nœud, décrit des histoires possibles pour le calcul quantique. Cependant, la topologie nous apprend que nous pouvons continuellement déformer certaines de ces tresses dans d’autres, pas toutes. Il existe donc des règles qui limitent techniquement les transformations possibles des états des qubits d’information portés par les électrons en rotation à travers leur état et les stabilisent en quelque sorte tourner, leur moment cinématographique.

Les physiciens ont réalisé que ces lois topologiques devraient aider à protéger les ordinateurs quantiques qui fonctionnent selon ces principes, mais pas avec des électrons dans des conditions normales, de la décohérence. En effet, il faudrait alors invoquer des quasiparticules appelées anyons qui existent dans des systèmes liés à la physique des solide en deux dimensions. L’utilisation de la topologie pour expliquer le comportement quantique des matériaux en physique du solide n’est pas une nouveauté en soi, et le prix Nobel de physique 2016 a même récompensé les travaux de chercheurs dans le domaine.

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Parlons de n’importe qui maintenant. La théorie quantique nous dit généralement que les particules se divisent en deux classes:

  • les Fermions ;;
  • les Bosons.

On peut décrire l’état d’un groupe d’électrons (fermions) ou Photons (Bosons) par un objet mathématique appelé «fonction d’onde» ou même «vecteur d’état». Cet objet se comporte avec précision lorsque les particules de l’un de ces groupes sont permutées, même si ces particules sont considérées comme indiscernables. En fait, on peut dire qu’il existe une dépendance à une grandeur qui, en fonction d’un angle, se comporte comme une fonction trigonométrique qui prend une seule valeur pour les fermions et une seule autre valeur pour les bosons.

Des non-abéliens visibles dans les graphiques grâce à l’effet tunnel?

Noms communs des nouvelles particules dans La physique quantique, le prix Nobel de physique Frank Wilczek (à qui nous devons le nomAxion pour les particules encore hypothétiques) a proposé d’appeler des quasi-particules «anyons», dont l’existence a été postulée en 1984 par lui et ses collègues Daniel Arovas et Robert Schrieffer. Il s’agissait de faire un rapport à ce sujetSpin reverb Quanta fractionnaires dans les systèmes physiques, qui en physique du solide peuvent être considérés comme bidimensionnels. Techniquement, ni les fermions ni les bosons ne pouvaient dépendre de leur fonction d’onde d’un angle quelconque (tous les angles en anglais) lors d’une permutation, d’où le terme «anyon».

Nous soupçonnons que des anyons pourraient être créés dans un célèbre système de physique à semi-conducteurs 2D: le Graphique. Mais cela doit encore être prouvé. Cependant, Zlatko Papić de l’Université de Leeds, Roger Mong de l’Université de Pittsburgh et Ali Yazdani et Michael Zaletel de l’Université de Princeton ont effectué des calculs et des simulations sur l’ordinateur qu’ils démystifient dans un article sur arXiv. Ceux-ci suggèrent que l’on pourrait obtenir des preuves de l’existence de personnes dans des graphiques avec un microscope à effet tunnel. La technique permettrait même d’identifier la présence d’anyons dits «abéliens» ou d’anons «non abéliens» (ces termes désignent des objets en mathématiques, groupes Description des opérations commutatives dans le premier cas et des opérations non commutatives dans le second cas).

Il serait nécessaire de pouvoir prouver l’existence d’anyons non abéliens dans les graphes, afin que la voie vers les ordinateurs quantiques topologiques puisse être explorée et qu’aucune percée fondamentale ne soit garantie.

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