Un ordinateur quantique tisse un fil d'ordre invisible express
Une corde tressée à partir d'une centaine de fils courts peut être torsadée vers la droite ou vers la gauche. Chaque fil pris individuellement ne sait pas dans quel sens la corde est torsadée, mais essayez de la détresser – et la différence apparaît immédiatement. C'est à peu près ainsi que fonctionnent les états que les physiciens appellent protégés par symétrie : localement, ils sont indiscernables, mais globalement, ils sont différents.
Un groupe de chercheurs a pris une chaîne de cent spins – de minuscules aiguilles magnétiques qui peuvent pointer vers le haut ou vers le bas. Les spins alternaient : couplage fort, couplage faible, à nouveau fort. Une telle chaîne peut se trouver dans deux phases cachées différentes, et les deux ont été préparées sur le processeur quantique d'IBM avec une précision de 97.9 à 99.0%.
Pour vérifier que la phase était bien la bonne, trois signes indépendants ont été utilisés. Le premier est l'ordre de corde non local : si l'on mesure les spins un sur deux sur une longueur allant jusqu'à vingt nœuds, une régularité stricte se dessine, alors que les spins voisins ne la montrent pas. Le deuxième est le spectre d'intrication : il présente des niveaux répétitifs caractéristiques, comme un ornement symétrique. Le troisième est les modes de bord : aux extrémités de la chaîne apparaissent des spins « libres », protégés par la symétrie contre les perturbations.
Auparavant, de tels états n'étaient obtenus que dans des simulations informatiques ou dans des systèmes très petits. Désormais, on peut les préparer sur du vrai matériel quantique et, peut-être, étudier ce qui se passe lorsque le système change brusquement dans le temps – une tâche impossible pour les ordinateurs classiques.
Une chaîne de cent spins a $2^{100}$ configurations possibles – c'est plus que le nombre d'atomes dans l'Univers visible, mais l'état souhaité a pu être défini avec seulement quelques dizaines d'opérations.