Un scientifique quantique a développé une méthode pour améliorer les simulateurs quantiques, des dispositifs essentiels pour explorer les problèmes non résolus de la physique quantique. Cette avancée pourrait avoir un impact significatif sur divers domaines, notamment la finance, le chiffrement et le stockage de données, en rendant les simulateurs quantiques plus contrôlables et plus polyvalents. Crédit : Issues.fr.com
Créer un ordinateur quantique suffisamment puissant pour résoudre des problèmes que nous ne pouvons pas résoudre avec les ordinateurs actuels reste un défi majeur pour les physiciens quantiques. Un simulateur quantique fonctionnant correctement – un type spécifique d’ordinateur quantique – pourrait conduire à de nouvelles découvertes sur le fonctionnement du monde aux plus petites échelles. La scientifique quantique Natalia Chepiga de l’Université de technologie de Delft a élaboré un guide sur la façon de mettre à niveau ces machines afin qu’elles puissent simuler des systèmes quantiques encore plus complexes. L’étude est maintenant publiée dans Lettres d’examen physique.
« La création d’ordinateurs quantiques et de simulateurs quantiques utiles est aujourd’hui l’un des sujets les plus importants et les plus débattus de la science quantique, avec le potentiel de révolutionner la société », déclare la chercheuse Natalia Chepiga. Les simulateurs quantiques sont un type d’ordinateur quantique, explique Chepiga : « Les simulateurs quantiques sont destinés à résoudre les problèmes ouverts de la physique quantique afin de pousser davantage notre compréhension de la nature. Les ordinateurs quantiques auront de nombreuses applications dans divers domaines de la vie sociale, par exemple dans les domaines des finances, du cryptage et du stockage de données.
Volant
« Un ingrédient clé d’un utile Le simulateur quantique est la possibilité de le contrôler ou de le manipuler », explique Chepiga. « Imaginez une voiture sans volant. Il ne peut qu’avancer mais ne peut pas tourner. Est-ce utile? Seulement si vous devez aller dans une direction particulière, sinon la réponse sera « non ! ». Si nous voulons créer un ordinateur quantique capable de découvrir de nouveaux phénomènes physiques dans un avenir proche, nous devons construire un « volant » pour nous adapter à ce qui semble intéressant. Dans mon article, je propose un protocole qui crée un simulateur quantique entièrement contrôlable.
Illustration d’un simulateur quantique avec des atomes piégés dans un réseau carré avec des lasers. Les petites sphères aux coins sont des atomes dans leur état énergétique le plus bas. Ceux à l’intérieur d’une sphère bleue sont sortis (plus énergétiques) par le premier laser, ceux à l’intérieur des sphères jaunes sont excités par le deuxième laser (encore plus énergétique). Crédit : TU Delft
Recette
Le protocole est une recette – un ensemble d’ingrédients qu’un simulateur quantique devrait pouvoir régler. Dans la configuration conventionnelle d’un simulateur quantique, les atomes de rubidium (Rb) ou de césium (Cs) sont ciblés par un seul laser. En conséquence, ces particules absorberont des électrons et deviendront ainsi plus énergétiques ; ils deviennent excités. « Je montre que si nous devions utiliser deux lasers de fréquences ou de couleurs différentes, excitant ainsi ces atomes dans des états différents, nous pourrions régler les simulateurs quantiques sur de nombreux paramètres différents », explique Chepiga.
Le protocole offre une dimension supplémentaire de ce qui peut être simulé. « Imaginez que vous n’avez vu un cube que sous forme d’esquisse sur une feuille de papier plate, mais que vous obtenez maintenant un véritable cube 3D que vous pouvez toucher, faire pivoter et explorer de différentes manières », poursuit Chepiga. « En théorie, nous pouvons ajouter encore plus de dimensions en introduisant davantage de lasers. »
Simuler de nombreuses particules
« Le comportement collectif d’un système quantique comportant de nombreuses particules est extrêmement difficile à simuler », explique Chepiga. « Au-delà de quelques dizaines de particules, la modélisation avec notre ordinateur habituel ou un supercalculateur doit s’appuyer sur des approximations. » Lorsque l’on prend en compte l’interaction d’un plus grand nombre de particules, de la température et du mouvement, l’ordinateur a tout simplement trop de calculs à effectuer.
Les simulateurs quantiques sont composés de particules quantiques, ce qui signifie que les composants sont intriqués. « L’intrication est une sorte d’information mutuelle que les particules quantiques partagent entre elles. C’est une propriété intrinsèque du simulateur et permet donc de s’affranchir de ce goulot d’étranglement informatique.
