Des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont débloqué un nouveau record de 10 secondes sur la cohérence qubit. Publiée dans Nature, la recherche fournit un doublement du précédent record de cohérence quantique, une réalisation déjà impressionnante de la semaine dernière. Le nouveau record repose sur la découverte d’une nouvelle forme de qubits, basée sur des paires d’atomes vibrantes, également appelées fermions. Et comme tant d’éléments scientifiques intéressants et révolutionnaires, la recherche et ses résultats ont été lancés par une découverte fortuite.
Les travaux de l’équipe se sont concentrés sur l’étude du comportement des fermions (essentiellement des atomes avec des spins demi-entiers impairs). Ils ont prévu d’étudier le comportement de ces particules lorsqu’elles sont appariées en tant qu’atomes de potassium-40. Ce faisant, les chercheurs ont refroidi les fermions jusqu’à 100 nanokelvins (- 273 ºC), des températures qui entraînent généralement des propriétés quantiques des particules et sont utilisées dans certains des systèmes quantiques les plus puissants au monde. Ensuite, un système de lasers a été utilisé pour générer un réseau optique, qui a piégé les atomes, les rendant observables – jusqu’à un certain point.
Les fermions ont continué à dériver dans et hors de la zone observable du réseau à intervalles périodiques, presque comme des pendules, oscillant à l’intérieur et à l’extérieur de la zone observable. Ceci, à son tour, indiquait qu’ils oscillaient entre deux états quantiques – l’un observable et l’autre non.
Le comportement des fermions dans ces conditions a été ce qui a ouvert les portes à la percée quantique. Les fermions appariés (et piégés) semblaient se déplacer en synchronisation comme s’ils étaient une seule molécule, ce qui soulevait des questions d’intrication quantique, l’état dans lequel deux particules sont appariées de telle manière que les forces influençant un qubit produisent les mêmes changements. au sein de sa paire. Magiquement (OK, scientifiquement), cela se produit indépendamment de la distance et d’autres considérations banales de notre monde macro-physique.
« C’est souvent en physique expérimentale que vous avez un signal lumineux, et l’instant d’après, il va en enfer, pour ne jamais revenir », a déclaré Martin Zwierlein, professeur de physique Thomas A. Frank au MIT. « Ici, il est devenu sombre, mais il est ensuite redevenu brillant et répété. Cette oscillation montre qu’il existe une superposition cohérente évoluant dans le temps. C’était un moment heureux.
Les physiciens ont ensuite confirmé que les paires de fermions maintenaient une superposition de deux états vibratoires – en d’autres termes, ils se déplaçaient simultanément l’un contre l’autre, mais aussi se balançaient ensemble. Ils l’ont fait à une fréquence de 144 Hz, ce qui est perceptible à l’oreille humaine comme un bourdonnement grave. Ensuite, ils ont réussi à interagir avec cet état de superposition en appliquant et en faisant varier un champ magnétique.
« C’est comme commencer avec deux pendules sans interaction », a déclaré Zwierlein. « Et en appliquant un champ magnétique, nous créons un ressort entre eux et pouvons faire varier la force de ce ressort, écartant lentement le pendule. »
Le temps de cohérence de dix secondes des qubits de fermions a surpris les chercheurs, en ce sens qu’il présentait une robustesse jusqu’ici inédite pour les paires de qubits. Dix secondes, c’est beaucoup de temps pour les systèmes informatiques avancés, et encore plus pour les systèmes probabilistes tels que l’informatique quantique. Jusqu’à présent, les qubits de fermions n’ont pas encore été amenés à interagir, ce qui est une étape nécessaire pour effectuer réellement un travail de calcul quantique utile. Cependant, l’équipe pense que cela est possible et, une fois atteint, la conception actuelle devrait permettre quelque 10 000 calculs quantiques dans ce laps de temps.
L’estimation de 10 000 calculs quantiques est basée sur la capacité des chercheurs à manipuler simultanément environ 400 paires de fermions à la fois – il y a probablement de la place pour évoluer. Mais d’abord, ils doivent trouver des moyens de contrôler individuellement les paires de fermions, ce qui leur permettrait d’agir comme des unités de calcul quantique appariées, ou qubits. Ils semblent déjà près de résoudre ce problème. Mais un autre, plus profond, surgit dans le fait que les qubits appariés doivent également pouvoir parler aux autres; c’est dans cet échange d’informations – et la formation de portes qubit – que les circuits quantiques (ou opérations quantiques) peuvent être poursuivis.
Les scientifiques sont cependant confiants et disent qu’il y a une voie claire à suivre. Une autre parmi la myriade de façons que la communauté scientifique a déjà trouvées pour plier la volonté de l’infiniment petit aux forces de l’ingéniosité humaine. Peut-être que ces avancées seront utilisées pour casser le cryptage de Bitcoin plus tôt que prévu après tout.