En étendant une loi clé dans les informations quantiques aux systèmes à interactions à longue portée, les physiciens de Riken ont amélioré son utilité. Cette avance pourrait aider à concevoir de meilleurs ordinateurs quantiques.
Les résultats sont publiés dans la revue Lettres d'examen physique.
Par rapport à leurs homologues classiques, les systèmes constitués de nombreuses particules quantiques – telles que les ordinateurs quantiques – sont horriblement complexes pour analyser et simuler. Cette complexité est due en partie aux fortes corrélations entre les particules, qui peuvent agir sur de longues distances.
Un principe utile pour comprendre les systèmes dans lesquels les particules quantiques sont divisées en deux groupes est la loi sur la région. Il indique que la quantité d'informations partagées entre les deux parties d'un système quantique dépend de la frontière entre elles plutôt que de la taille totale des deux parties.
« Cette idée fournit des informations profondes sur la façon dont les informations sont structurées dans la nature et ont des implications de grande envergure à travers la physique, aidant les chercheurs à explorer des phénomènes allant des phases exotiques de la matière aux trous noirs », explique Donghoon Kim du Riken Center for Quantum Computing (RQC).
La loi de la zone simplifie l'analyse des grands systèmes quantiques car cela signifie qu'il n'est pas nécessaire de connaître tous les détails de l'ensemble du système, mais de la façon dont les deux parties sont connectées au-delà de leurs limites.
Cependant, la loi sur la région s'est révélée que s'appliquer aux systèmes qui ont des interactions à courte portée entre leurs particules. Qui exclut de nombreux systèmes de grand intérêt.
« Dans de nombreux systèmes physiques importants, les particules interagissent avec les autres loin – pas seulement leurs voisins », explique Kim. « Ces systèmes en interaction à longue portée sont essentiels pour comprendre à la fois la structure à grande échelle de l'univers et le comportement des matériaux quantiques complexes. »
Maintenant, Kim, Tomotaka Kuwahara (également de RQC) et Keiji Saito de l'Université de Kyoto ont montré que la loi sur la région à des températures finies s'applique également aux systèmes en interaction à longue portée dans certaines conditions.
« Notre résultat suggère qu'en choisissant soigneusement des hypothèses significatives et réalistes, nous pouvons étendre la portée de l'analyse mathématique dans des domaines qui étaient autrefois considérés comme hors limites », explique Kim.
La réalisation du trio a des implications importantes pour les applications pratiques de systèmes quantiques tels que les ordinateurs quantiques.
« Nous avons maintenant une compréhension beaucoup plus claire de quand et comment les systèmes quantiques peuvent être simulés efficacement à des températures finies », explique Kim.
« Cela est particulièrement pertinent pour l'informatique quantique et la simulation quantique, où la gestion de l'enchevêtrement et des corrélations thermiques est un défi majeur. »
Le résultat peut aider à guider la conception des algorithmes et du matériel en identifiant les régimes où les informations quantiques restent localisées et tractables, même lorsque des interactions à longue portée sont présentes, note Kim.
