Une nouvelle étude théorique fournit un cadre pour comprendre la non-localité, une caractéristique que les réseaux quantiques doivent posséder pour effectuer des opérations inaccessibles à la technologie de communication standard. En clarifiant le concept, les chercheurs ont déterminé les conditions nécessaires pour créer des systèmes avec de fortes corrélations quantiques.
L’étude, publiée dans Lettres d’examen physique, adapte des techniques de la théorie de l’informatique quantique pour créer un nouveau schéma de classification pour la non-localité quantique. Cela a non seulement permis aux chercheurs d’unifier les études antérieures du concept dans un cadre commun, mais cela a facilité la preuve que les systèmes quantiques en réseau ne peuvent afficher la non-localité que s’ils possèdent un ensemble particulier de caractéristiques quantiques.
« En surface, l’informatique quantique et la non-localité dans les réseaux quantiques sont des choses différentes, mais notre étude montre que, à certains égards, ce sont les deux faces d’une même médaille », a déclaré Eric Chitambar, professeur de génie électrique et informatique à l’Université. de l’Illinois Urbana-Champaign et le chef de projet. « En particulier, ils nécessitent le même ensemble fondamental d’opérations quantiques pour produire des effets qui ne peuvent pas être reproduits avec la technologie classique. »
La non-localité est une conséquence de l’intrication, dans laquelle les objets quantiques éprouvent de fortes connexions même lorsqu’ils sont séparés sur de grandes distances physiques. Lorsque des objets intriqués sont utilisés pour effectuer des opérations quantiques, les résultats affichent des corrélations statistiques qui ne peuvent pas être expliquées par des moyens non quantiques. De telles corrélations sont dites non locales. Un réseau quantique doit posséder un degré de non-localité pour s’assurer qu’il peut remplir de véritables fonctions quantiques, mais le phénomène est encore mal compris.
Pour faciliter l’étude de la non-localité, Chitambar et l’étudiante diplômée en physique Amanda Gatto Lamas ont appliqué le formalisme de la théorie quantique des ressources. En traitant la non-localité comme une « ressource » à gérer, le cadre des chercheurs leur a permis de considérer les études antérieures sur la non-localité comme des instances distinctes du même concept, avec simplement des restrictions différentes sur la disponibilité de la ressource. Cela a facilité la preuve de leur résultat principal, à savoir que la non-localité ne peut être obtenue qu’avec un ensemble limité d’opérations quantiques.
« Notre résultat est l’analogue du réseau quantique à un résultat informatique quantique important appelé le théorème de Gottesman-Knill », a expliqué Gatto Lamas. « Alors que Gottesman-Knill définit clairement ce qu’un ordinateur quantique doit faire pour surpasser un ordinateur classique, nous montrons qu’un réseau quantique doit être construit avec un ensemble particulier d’opérations pour faire des choses qu’un réseau de communication standard ne peut pas. »
Chitambar estime que le cadre ne sera pas seulement utile pour développer des critères d’évaluation de la qualité d’un réseau quantique en fonction du degré de non-localité qu’il possède, mais qu’il peut être utilisé pour élargir le concept de non-localité.
« À l’heure actuelle, il existe une compréhension relativement bonne du type de non-localité qui peut émerger entre deux parties », a-t-il déclaré. « Cependant, on peut imaginer pour un réseau quantique composé de nombreuses parties connectées qu’il pourrait y avoir une sorte de propriété globale que vous ne pouvez pas réduire à des paires individuelles sur le réseau. Une telle propriété pourrait dépendre intimement de la structure globale du réseau. »
Plus d’information:
Amanda Gatto Lamas et al, Multipartite Nonlocality in Clifford Networks, Lettres d’examen physique (2023). DOI : 10.1103/PhysRevLett.130.240802