Les mathématiques ferment la porte à l'ordinateur quantique à particules jumelles ✛

Original: "Bogoliubov quasi-particles in superconductors are integer-charged particles inapplicable for braiding quantum information"
· Zhiyu Fan, Wei Ku
arXiv:2509.09663 · 2025-09-11 · CC BY 4.0 · 1 min
Une preuve mathématique anéantit l'espoir des physiciens de trouver des particules jumelles dans les supraconducteurs – la clé d'un ordinateur quantique protégé.

Les physiciens cherchent depuis longtemps des particules qui sont leurs propres antiparticules – les fermions de Majorana du modèle standard. Ils devaient être les « doubles miroirs » idéaux, insensibles aux perturbations. On soupçonnait de tels états dans les supraconducteurs – des matériaux où le courant circule sans résistance. On pensait que le « tressage » de leurs trajectoires protégerait l'ordinateur quantique des erreurs.

Cependant, une preuve rigoureuse brise ce miroir. Dans un système à nombre de particules constant, toute excitation porte la même charge que les électrons ordinaires. Ces états ne sont pas de mystérieux doubles, mais toujours les mêmes amas d'électrons. Même la théorie de la supraconductivité de John Bardeen, Cooper et Schrieffer était initialement basée sur des paires, et non sur des « jumeaux » solitaires.

Désormais, ce ne sont pas seulement les calculs quantiques qui sont remis en question, mais aussi la complétude même de la théorie de la supraconductivité. Il faudra peut-être chercher une nouvelle approche qui ne viole pas la loi de conservation du nombre de particules. C'est aussi important pour comprendre la supraconductivité à l'intérieur des étoiles à neutrons. Et les tentatives de créer des modes de Majorana par chauffage ou champ magnétique reviennent à espérer assembler une mosaïque en secouant la boîte – le chaos détruit l'ordre fragile.

L'idée d'utiliser les modes de Majorana pour le calcul quantique revient à Alexei Kitaev (2001). Il a montré comment leur « tressage » pourrait fonctionner comme des opérations logiques.

\Delta N = 1
Les particules propres augmentent toujours le nombre de particules d'exactement une unité, c'est-à-dire qu'elles portent une charge entière.
\dim \mathcal{H}_{M,L} = C_L^M
La dimension du sous-espace dégénéré pour M quasiparticules sur L vortex est égale au nombre de combinaisons C_L^M, et non 2^{L/2}, ce qui exclut la statistique non abélienne.
Scientifiques
Emmy NoetherSatyendra Nath BoseAlbert EinsteinWolfgang PauliEnrico FermiPaul Dirac
Notions
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