Des physiciens de l’Université de Shanxi à Taiyuan, en Chine, ont réalisé la première observation expérimentale de tressage non-abélien non-adiabatique utilisant des ondes de matière quantiques. Cette avancée, publiée le 3 juillet dans Nature Communications, ouvre un paradigme rapide pour les opérations de tressage qui pourrait avoir des implications pour le calcul quantique topologique et les tests fondamentaux de la mécanique quantique.
Pensez au tressage comme à l’entrelacement des brins d’une corde. Dans le monde quantique, le “tressage” désigne le processus de déplacement des particules quantiques les unes autour des autres dans l’espace-temps. L’ordre dans lequel vous effectuez ces mouvements importe, une propriété techniquement appelée tressage non-commutatif, ou non-abélien. Multipliez A par B et vous obtenez un résultat ; multipliez B par A et vous en obtenez un différent.
Les démonstrations expérimentales précédentes de tressage non-abélien, dans des systèmes acoustiques et photoniques, reposaient sur des processus adiabatiques, ce qui signifie que les opérations devaient être effectuées lentement pour maintenir le système dans son état fondamental instantané. Cette limite de vitesse intrinsèque rendait l’approche peu pratique pour les opérations quantiques rapides. L’équipe de Shanxi a montré que le tressage non-abélien peut être effectué de manière non-adiabatique, rapidement, sans sacrifier la protection topologique qui rend le tressage attrayant.
L’expérience
Les chercheurs ont utilisé un condensat de Bose-Einstein ultra-froid (BEC), un nuage d’atomes refroidi à près du zéro absolu, où ils occupent collectivement le même état quantique, comme plateforme expérimentale. Plutôt que de tresser des particules physiques dans l’espace, ils ont encodé les “brins” de tressage dans les états de moment du BEC. Des couplages induits par laser entre différentes composantes de moment ont réalisé les opérations de tressage.
Pour vérifier que le tressage était véritablement non-abélien, l’équipe a appliqué différentes séquences d’opérations holonomiques au même état de moment initial et a observé des résultats finaux distincts. C’est la caractéristique de l’algèbre non-commutative : si le groupe de tressage était abélien, l’ordre des opérations n’aurait pas d’importance et l’état final serait le même quelle que soit la séquence. Ce n’était pas le cas.
Les opérations ont été générées via des holonomies non-abéliennes non-adiabatiques, des phases géométriques accumulées le long de chemins fermés dans l’espace des états, qui ne nécessitent pas d’évolution adiabatique lente. L’approche fonctionne à la fois pour les systèmes d’ondes classiques et quantiques, notent les auteurs, ce qui la rend largement applicable.
Pourquoi c’est important
Le tressage non-abélien a longtemps été poursuivi comme une voie vers le calcul quantique topologique, où l’information quantique est stockée dans l’historique de tressage des particules et est intrinsèquement protégée du bruit local. Le problème a toujours été la vitesse : le tressage adiabatique est intrinsèquement lent, limitant son utilité pratique.
La démonstration de l’équipe de Shanxi suggère que la limite de vitesse n’est pas fondamentale. “Nous montrons que le tressage non-abélien peut être effectué de manière non-adiabatique, ouvrant un paradigme rapide applicable aux systèmes d’ondes classiques et quantiques,” écrivent les auteurs. Les opérations de tressage ont été utilisées pour préparer, transférer et distribuer des états de superposition quantique de moment, démontrant directement leur utilité pour le contrôle quantique.
Les auteurs, Jin Xie et Bo-Wen Guan (contribution égale), Jiang Zhang, Chenhao Wang, Lantuan Xiao, Suotang Jia, et les auteurs correspondants Yanting Zhao et Feng Mei, tous à l’Université de Shanxi, Laboratoire d’État clé des technologies et dispositifs d’optique quantique, ne déclarent aucun intérêt concurrent.
Limites
Il s’agit d’une expérience de preuve de principe sur une plateforme BEC, pas d’un ordinateur quantique topologique fonctionnel. Le tressage est démontré dans l’espace des moments plutôt qu’avec des quasiparticules anyoniques dans un système de matière condensée, ce qui est la voie la plus couramment envisagée pour le calcul quantique topologique. La question de savoir si l’approche non-adiabatique peut être transposée aux systèmes anyoniques à l’état solide, où vivraient vraisemblablement les qubits topologiques pratiques, reste ouverte.
L’article porte également la mention standard “manuscrit non édité” de Nature Communications pour les articles publiés en avance, bien qu’il ait terminé l’examen par les pairs comme le confirment les dates de réception (décembre 2025) et d’acceptation (juin 2026) de la revue.
Divulgation : Basé sur un article évalué par les pairs dans Nature Communications, publié le 3 juillet 2026. DOI : 10.1038/s41467-026-75085-7. Accès libre sous licence CC BY-NC-ND 4.0.
Traduit par Lydie