Une étude, dont les résultats intitulés «Imaging anyons with scanning tunneling microscopy» sont publiés dans la revue Physical Review, a permis de montrer par des calculs et des simulations qu'on pourrait obtenir des preuves de l'existence des anyons (*) dans le graphène en utilisant un microscope à effet tunnel, ce qui permettraient de développer des 'ordinateurs quantiques topologiques' qui seraient une façon de résoudre les problèmes découlant des erreurs produites par la décohérence.

Indiquons tout d'abord qu'un anyon, qui généralise les concepts de boson et de fermion, est un type de particule qui peut se rencontrer uniquement dans les systèmes de deux dimensions: alors que d'ordinaire, la théorie quantique dit que les particules se répartissent en deux classes, les fermions et les bosons, «le prix Nobel de physique Frank Wilczek (à qui on devait déjà le nom d'axion pour des particules encore hypothétiques) (**) a proposé d'appeler 'anyons' des quasi-particules» qui permettaient «de rendre compte de l'effet Hall quantique fractionnaire dans des systèmes physiques que l'on peut considérer comme à deux dimensions en physique du solide» [leur fonction d'onde pouvant «dépendre d'un angle arbitraire (any angle en anglais) lors d'une permutation, d'où le terme 'anyon'» fait que ces quasi-particules ne sont ni des fermions (angle π), ni des bosons (angle 0)].

La théorie des tresses (***) (braids) est utilisée pour décrire les anyons en physique, car les calculs quantiques effectués peuvent se voir comme des séries de trajectoires avec permutations dans le diagramme d'espace-temps, du passé vers le futur, correspondant aux «histoires possibles pour les calculs quantiques». Comme «la topologie nous apprend que l'on peut déformer continûment certaines de ces tresses en d'autres et pas dans toutes), ces lois topologiques devraient aider à protéger de la décohérence des ordinateurs quantiques fonctionnant avec des anyons selon ces principes topologiques.

Alors qu'on «soupçonne que des anyons pourraient être produits dans un célèbre système 2D en physique du solide: le graphène», l'étude ici présentée, a esquissé un pas sur la voie de l'élaboration de l'ordinateur quantique topologique en montrant par «des calculs et des simulations sur ordinateur, que l'on pourrait obtenir des preuves de l'existence des anyons dans le graphène en utilisant un microscope à effet tunnel».

En outre, la technique permettrait d'identifier la présence soit d'anyons dits 'abéliens' (associés mathématiquement à des groupes commutatifs), soit d'anyons dits 'non abéliens' (associés mathématiquement à des groupes non commutatifs). Néanmoins, «il faudrait pouvoir prouver l'existence d'anyons non abéliens dans le graphène pour que la voie menant à des ordinateurs quantiques topologiques soit ouverte à l'exploration, à défaut de garantir une percée fondamentale».

Lien externe complémentaire (source Wikipedia)

(*) Anyon

(**) Frank Wilczek

(***) Tresse