Un ordinateur quantique à ions piégés a joué le rôle d'un minuscule univers. Dans cet univers, les particules ne se contentaient pas de se déplacer : elles s'entrelaçaient en nœuds qui changent de propriétés lorsqu'on les échange. Ces nœuds sont appelés anyons de Fibonacci – ce ne sont pas des particules ordinaires, mais plutôt des vortex dans le tissu de l'espace.
Les physiciens voulaient voir comment cet univers atteint l'équilibre thermique – comme une tasse de café qui refroidit à température ambiante. Pour cela, ils ont effectué jusqu'à 47 « permutations » successives des nœuds. Chaque permutation est comme un coup dans un jeu complexe dont les règles sont dictées par une théorie de jauge non abélienne – celle qui décrit les interactions fortes dans les noyaux atomiques.
Cette approche ouvre la voie à la simulation de théories des champs réalistes sur ordinateurs quantiques. Au lieu de modèles unidimensionnels simplifiés, on peut désormais s'attaquer à des modèles bidimensionnels et plus complexes – ceux où l'espace ressemble déjà au nôtre.
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2601.13530
Nonequilibrium dynamics of quantum many-body systems is one of the main targets of quantum simulations. This focus - together with rapid advances in quantum-computing hardware - has driven increasing applications in high-energy physics, particularly in lattice gauge theories. However, most existing experimental demonstrations remain restricted to (1+1)-dimensional and/or abelian gauge theories, such as the Schwinger model and the toric code. It is essential to develop quantum simulations of nonabelian gauge theories in higher dimensions, addressing realistic problems in high-energy physics. To fill the gap, we demonstrate a quantum simulation of thermalization dynamics in a (2+1)-dimensional $$q$$-deformed $$\mathrm{SU}(2)_3$$ Yang-Mills theory using a trapped-ion quantum computer. By restricting the irreducible representations of the gauge fields to the integer-spin sector of $$\mathrm{SU}(2)_3$$, we obtain a simplified yet nontrivial model described by Fibonacci anyons, which preserves the essential nonabelian fusion structure of the gauge fields. We successfully simulate the real-time dynamics of this model using quantum circuits that explicitly implement $$F$$-moves. In our demonstrations, the quantum circuits execute up to 47 sequential $$F$$-moves. We identify idling errors as the dominant error source, which can be effectively mitigated using dynamical decoupling combined with a parallelized implementation of $$F$$-moves.
Les anyons de Fibonacci sont des candidats pour le calcul quantique ultra-protégé : l'information n'est pas stockée dans la particule, mais dans la façon dont leurs trajectoires sont entrelacées.
L'idée de particules qui se souviennent de leur histoire de permutations évoque les « chrono-cristaux » du roman de Greg Egan, « L'Échelle de Schild ».