Un protocole universel qui inverse l’évolution d’un qubit avec une forte probabilité de succès

Des chercheurs de l’Institut d’optique quantique et d’information quantique (IQOQI) de Vienne ont récemment mis au point un mécanisme universel pour inverser l’évolution d’un qubit avec une forte probabilité de succès. Ce protocole, décrit dans Lettres d’examen physiquepeut propager n’importe quel qubit cible à l’état dans lequel il se trouvait à un moment précis dans le passé.

L’introduction de ce protocole s’appuie sur un article précédent publié en 2020, où la même équipe a présenté une série de protocoles de traduction temporelle qui pourraient être appliqués dans des contextes non contrôlés. Alors que certains de ces protocoles étaient prometteurs, dans la plupart des scénarios testés, leur probabilité de succès s’est avérée trop faible. Dans leur nouvelle étude, les chercheurs ont donc entrepris de créer un protocole alternatif avec une plus grande probabilité de succès.

« Notre protocole nouvellement développé inverse l’évolution unitaire d’un qubit », a déclaré à Phys.org David Trillo, l’un des chercheurs qui a mené l’étude avec Benjamin Dive et Miguel Navascués. « Un qubit (ou bit quantique) est un système quantique à deux niveaux qui sert d’équivalent quantique des bits utilisés dans les ordinateurs quantiques. Tout système quantique a une évolution naturelle dans le temps qui doit être contrôlée ou au moins prise en compte lors de la conception physique. processus autour d’eux (par exemple, lors de la construction d’un ordinateur quantique). Notre protocole prend un qubit et produit le même système, mais dans l’état dans lequel il se trouverait s’il avait évolué à rebours dans le temps.

Le protocole créé par Trillo et ses collègues est universel, ce qui signifie qu’il peut être appliqué à n’importe quel qubit, indépendamment de son évolution temporelle naturelle ou de son état au moment de l’utilisation du protocole. Les protocoles universels sont intrinsèquement probabilistes, ce qui signifie qu’ils ne peuvent pas réussir tout le temps, mais ont plutôt une certaine probabilité de réussite.

Lors des premières évaluations, les chercheurs ont découvert que leur mécanisme de rembobinage quantique universel avait une forte probabilité de succès, à savoir de 1. Essentiellement, le protocole fonctionne en définissant un qubit cible sur une superposition de trajectoires de vol, puis en effectuant une série d’opérations quantiques dessus. .

« Notre protocole fonctionne pour des systèmes non contrôlés, ou en d’autres termes des qubits sur lesquels nous ne savons pas appliquer des transformations particulières », a expliqué Trillo. « Sa nouvelle fonctionnalité intéressante est que, chaque fois qu’il échoue, nous pouvons corriger l’échec et amener le système à l’état souhaité. En effectuant ces corrections de manière adaptative, nous pouvons rendre la probabilité de succès aussi élevée que nous le souhaitons, au prix d’une augmentation le temps d’exécution du protocole. »

Le nouveau protocole universel introduit par Trillo et ses collègues permet aux chercheurs de rembobiner n’importe quel qubit donné dans un cadre incontrôlé avec une forte probabilité de succès. Alors que des protocoles permettant d’atteindre cet objectif dans des environnements contrôlés existaient déjà, déverrouiller la capacité de propager des qubits individuels dans des environnements non contrôlés vers un état antérieur pourrait ouvrir de nouvelles possibilités précieuses pour la recherche.

« On se demande quels autres phénomènes du cadre contrôlé nous pouvons transférer à un cadre incontrôlé », a ajouté Trillo. « Idéalement, nous aimerions généraliser ce protocole à des systèmes de dimension supérieure. Cela semble être assez difficile, car de nouvelles idées sont nécessaires pour cela. Nous cherchons également à améliorer la probabilité de réussite des autres protocoles dans l’article original, en particulier Protocoles SWAP. »

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