Des physiciens de Leiden, Pékin et Hangzhou ont développé une méthode permettant de vérifier si un grand système quantique fonctionne réellement sur la base des principes de la mécanique quantique. L’étude, qui a testé avec succès un système comportant jusqu’à 73 qubits, permet de certifier que les ordinateurs quantiques sont véritablement quantiques. La méthode est une forme de test de Bell, un concept développé par le physicien John Bell qui agit comme un « détecteur de mensonge quantique ». Le test est conçu pour prouver l’existence de la non-localité quantique, un phénomène dans lequel des particules intriquées semblent s’influencer instantanément, même lorsqu’elles sont séparées par de grandes distances. Cet effet est une pierre angulaire de la mécanique quantique et a fait l’objet du prix Nobel de physique 2022.
L’approche expérimentale
Mesurer directement les corrélations de Bell dans un système quantique vaste et complexe est extrêmement difficile. Pour surmonter ce défi, l’équipe internationale de chercheurs a développé une stratégie différente. Au lieu d’une mesure directe, ils se sont concentrés sur une tâche pour laquelle les appareils quantiques sont déjà bons : minimiser l’énergie. L’équipe a créé un état quantique spécial utilisant 73 qubits dans un processeur quantique supraconducteur. Ils ont ensuite mesuré les niveaux d’énergie de cet état et ont constaté qu’ils étaient bien inférieurs à ce qui serait possible dans un système classique non quantique. La différence était de 48 écarts-types statistiquement significatifs, ce qui rendait presque impossible que le résultat soit dû au hasard.
Certifier un état quantique plus complexe
Les chercheurs ont également mené un test plus exigeant pour certifier un type plus rare de non-localité connu sous le nom de « véritables corrélations multipartites de Bell ». Ce type de corrélation quantique nécessite que tous les qubits du système soient impliqués, ce qui rend sa génération et sa vérification beaucoup plus difficiles. L’équipe a réussi à préparer une série d’états à faible énergie qui ont réussi ce test pour des systèmes allant jusqu’à 24 qubits. Cette étude est la première à certifier un comportement quantique profond dans un système de cette envergure. Il s’agit d’une étape cruciale dans le développement de l’informatique quantique, car elle fournit une méthode fiable pour vérifier que les processeurs quantiques à grande échelle fonctionnent comme prévu. Au-delà de la validation théorique, la compréhension et le contrôle des corrélations de Bell ont des implications pratiques. Les connaissances acquises grâce à cette recherche pourraient être utilisées pour :
- Améliorer la sécurité et l’efficacité des réseaux de communication quantique
- Améliorez la sécurité de la cryptographie quantique.
- Aide au développement de nouveaux algorithmes quantiques.
Les résultats montrent que les ordinateurs quantiques non seulement augmentent en taille, mais sont également de plus en plus capables de démontrer et de prouver leur nature fondamentalement quantique.
