Des chercheurs réalisent des portes quantiques universelles en utilisant des anyons exotiques sur du matériel réel

Des chercheurs ont réalisé un ensemble universel de portes quantiques en tressant et en fusionnant des quasi-particules exotiques appelées anyons non abéliens sur un processeur quantique réel, un résultat publié dans Nature le 15 juillet. L'expérience, menée sur le processeur à ions piégés H2 de 54 qubits de Quantinuum, offre une nouvelle voie vers des ordinateurs quantiques tolérants aux pannes qui sont intrinsèquement résistants aux erreurs.bioengineer+1

Un ingrédient manquant pour l'informatique topologique

L'informatique quantique topologique promet depuis longtemps un moyen de protéger l'information quantique du bruit local qui affecte les machines actuelles, en encodant les données dans les propriétés globales d'états exotiques de la matière plutôt que dans des qubits individuels fragiles. Pour les phases non abéliennes les plus simples, cependant, on savait que le tressage des anyons seul était insuffisant pour le calcul universel — certaines portes restaient hors de portée.scienmag+1

La nouvelle étude, dirigée par Chiu Fan Bowen Lo de l'Université Harvard avec des collaborateurs de Quantinuum, de l'Université de Chicago et d'autres institutions, comble cette lacune en traitant la fusion d'anyons — la fusion de deux anyons et la lecture du résultat — comme une étape de calcul active plutôt que comme une propriété passive. "Nous avons démontré un ensemble de portes universel", a déclaré Ruben Verresen de l'Université de Chicago, expliquant que le stockage d'informations dans des degrés de liberté émergents de type quark et leur manipulation "permettent essentiellement n'importe quel calcul quantique".arxiv+1

Construire un ordinateur topologique sur du matériel réel

L'équipe a préparé une fonction d'onde ordonnée topologiquement basée sur le double quantique de S3, le plus petit groupe non abélien, sur 54 qubits du processeur H2. Ils ont encodé des qutrits logiques — des unités quantiques à trois niveaux — dans l'espace de fusion non local d'anyons de flux non abéliens. Le tressage de ces anyons a produit des opérations d'intrication, tandis que la fusion a donné des opérations de mesure distinctes ; ensemble, ces primitives peuvent en principe synthétiser n'importe quelle transformation quantique.quantumzeitgeist+3

Pour valider l'approche, les chercheurs ont préparé topologiquement un état magique, une ressource essentielle pour les schémas d'informatique quantique tolérants aux pannes. Ils ont également démontré le piégeage d'un seul anyon non abélien sur le tore, mettant en évidence les règles de fusion cyclique qui sous-tendent l'universalité.inspirehep+2

De la théorie à l'évolutivité

Le résultat s'appuie sur les jalons précédents de Quantinuum, notamment la première création et manipulation d'anyons non abéliens sur le H2 en 2023, travaux publiés plus tard dans Nature en 2024. Le nouvel article va plus loin en montrant que les ordres topologiques minimalement non abéliens peuvent être à la fois préparés efficacement et être universels sur le plan computationnel — une combinaison qui n'avait pas été démontrée sur du matériel.pubmed.ncbi.nlm.nih+3

Des limites subsistent : le nombre de qubits et les temps de cohérence limitent encore l'échelle des états topologiques réalisables. Les travaux futurs se concentreront sur la mise à l'échelle des systèmes pour étudier les mécanismes d'erreur logique et les stratégies de décodage. Néanmoins, la démonstration redéfinit ce qui est nécessaire pour le calcul quantique topologique universel : non seulement des statistiques d'anyons plus riches, mais une fusion contrôlée sur des appareils réels.quantumzeitgeist