Pour la première fois, des physiciens transforment un ordinateur quantique en un cristal de temps

Une équipe de physiciens chinois et américains a accompli une avancée remarquable en transformant un processeur quantique en une forme unique de matière appelée cristal de temps. Ce développement pourrait représenter un bond en avant pour surmonter les défis actuels de l’informatique quantique et en améliorer la fiabilité. Les résultats de cette recherche sont publiés dans Nature Communications. 

Les cristaux de temps 

L’informatique quantique est souvent considérée comme l’avenir du calcul, capable de résoudre des problèmes complexes beaucoup plus rapidement que les ordinateurs classiques. Ses applications s’étendent de la physique des particules à la création de nouveaux médicaments en passant par des prévisions météorologiques plus précises. Toutefois, malgré des progrès considérables, cette technologie reste entravée par les erreurs. Pour relever ce défi, les chercheurs explorent diverses solutions, dont celle des cristaux de temps. 

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Un cristal de temps est une structure étonnante qui oscille de manière répétitive dans le temps, même en l’absence de toute énergie externe. Contrairement aux cristaux classiques, comme le diamant ou le quartz, qui se caractérisent par des motifs répétitifs dans l’espace, les cristaux de temps se distinguent par des oscillations régulières dans le temps, rappelant le mouvement d’un pendule.  

Proposée pour la première fois en 2012 par le physicien Frank Wilczek, la théorie des cristaux de temps a d’abord été accueillie avec scepticisme. Cependant, des expériences menées depuis ont confirmé leur existence et leur potentiel d’application. En exploitant cette étonnante propriété de la matière, les scientifiques espèrent rendre les systèmes quantiques plus robustes et moins sensibles aux perturbations.

L’informatique quantique et le rôle des cristaux de temps  

L’informatique quantique repose sur des qubits, des unités d’information pouvant exister simultanément dans plusieurs états grâce au phénomène de superposition quantique. En combinant ces qubits par intrication, les systèmes quantiques peuvent résoudre des algorithmes complexes beaucoup plus rapidement que les ordinateurs traditionnels. Cependant, cette même intrication rend les qubits vulnérables aux perturbations provenant de leur environnement, augmentant ainsi les erreurs.  

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Bien que les cristaux de temps aient déjà été proposés comme moyen de réduire les erreurs quantiques, le passage de la théorie à la pratique a été difficile. C’est là que les cristaux de temps, notamment les cristaux de temps topologiques, entrent en jeu. Contrairement aux versions classiques, les cristaux de temps topologiques manifestent leurs oscillations à l’échelle de tout un système, plutôt que dans une zone spécifique. 

Même lorsque des parties isolées du système sont poussées et désalignées, l’oscillation du pendule reste en mouvement parfait car cette transmission généralisée de l’activité oscillatoire est moins sensible aux interférences locales. Cette caractéristique rend les systèmes quantiques stables même face aux perturbations de l’environnement.  

Une percée expérimentale prometteuse  

L’équipe de chercheurs a réussi à programmer un processeur quantique supraconducteur pour qu’il se comporte comme un cristal de temps topologique. Lors des tests, ce système s’est montré capable de résister à un niveau de bruit simulé tout en maintenant sa stabilité. Cela représente une avancée majeure, car cela démontre la possibilité de concevoir des systèmes quantiques plus robustes et moins sujets aux erreurs.  

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De plus, cette expérimentation a permis d’explorer de nouvelles facettes des cristaux de temps, notamment leur rôle potentiel dans l’étude des phénomènes hors équilibre en physique. Ces découvertes ouvrent des perspectives pour la recherche fondamentale et les applications pratiques de l’informatique quantique.  

En tant que preuve de concept, cette avancée pourrait jouer un rôle crucial dans le développement futur de la technologie quantique. Par ailleurs, l’ordinateur quantique de Google exécute instantanément une tâche qui prendrait normalement 47 ans.