Des chercheurs de l'Université de Californie à Riverside ont développé des simulateurs quantiques utilisant des centres de spin pour étudier les phases magnétiques, ce qui pourrait faire progresser le stockage de l'information et permettre l'informatique quantique à température ambiante. Crédit : Issues.fr.com
Les nouvelles technologies pourraient améliorer les méthodes de stockage et de transfert de données.
L'informatique quantique s'appuie sur les principes de la mécanique quantique pour relever des défis complexes dans divers domaines, notamment la médecine et apprentissage automatiquequi dépassent les capacités des ordinateurs traditionnels. Les simulateurs quantiques, composés d'unités quantiques interactives programmables, permettent aux scientifiques d'émuler des modèles complexes du monde physique. En ajustant ces interactions et en observant le comportement des simulateurs, les chercheurs peuvent obtenir des informations sur ces modèles et, indirectement, sur le monde réel.
Dans un article publié dans Examen physique Bet sélectionné par la revue comme suggestion des éditeurs, une équipe de recherche dirigée par l'UC Riverside a proposé une chaîne d'objets magnétiques quantiques, appelés centres de spin, qui, en présence d'un champ magnétique externe, peuvent simuler quantiquement une variété de phases magnétiques de la matière ainsi que les transitions entre ces phases.
« Nous concevons de nouveaux dispositifs qui abritent les centres de spin et qui peuvent être utilisés pour simuler et étudier des phénomènes physiques intéressants qui ne peuvent pas être entièrement étudiés avec des ordinateurs classiques », a déclaré Shan-Wen Tsai, professeur de physique et d’astronomie, qui a dirigé l’équipe de recherche. « Les centres de spin dans les matériaux à l’état solide sont des objets quantiques localisés qui présentent un grand potentiel inexploité pour la conception de nouveaux simulateurs quantiques. »
La photo montre Shan-Wen Tsai (à gauche) et Troy Losey. Crédit : laboratoire Tsai, UC Riverside
Selon Troy Losey, étudiant diplômé de Tsai et premier auteur de l'article, les progrès réalisés avec ces appareils pourraient permettre d'étudier des moyens plus efficaces de stocker et de transférer des informations, tout en développant les méthodes nécessaires à la création d'ordinateurs quantiques à température ambiante.
« Nous avons de nombreuses idées pour améliorer les simulateurs quantiques basés sur des centres de spin par rapport à ce dispositif initialement proposé », a-t-il déclaré. « L’utilisation de ces nouvelles idées et l’étude d’agencements plus complexes de centres de spin pourraient aider à créer des simulateurs quantiques faciles à construire et à utiliser, tout en étant capables de simuler une physique nouvelle et significative. »
Ci-dessous, Tsai et Losey répondent à quelques questions sur la recherche :
Q : Qu'est-ce qu'un simulateur quantique ?
Tsai : Il s'agit d'un dispositif qui exploite les comportements inhabituels de la mécanique quantique pour simuler des phénomènes physiques intéressants, trop difficiles à calculer pour un ordinateur ordinaire. Contrairement aux ordinateurs quantiques qui fonctionnent avec des qubits et des opérations de portes universelles, les simulateurs quantiques sont conçus individuellement pour simuler/résoudre des problèmes spécifiques. En échangeant la programmabilité universelle des ordinateurs quantiques contre l'exploitation de la richesse des différentes interactions quantiques et des arrangements géométriques, les simulateurs quantiques peuvent être plus faciles à mettre en œuvre et fournir de nouvelles applications pour les dispositifs quantiques, ce qui est pertinent car les ordinateurs quantiques ne sont pas encore universellement utiles.
Un centre de rotation est un environ atomeObjet magnétique quantique de la taille d'un objet qui peut être placé dans un cristal. Il peut stocker des informations quantiques, communiquer avec d'autres centres de spin et être contrôlé par des lasers.
Q : Quelles sont les applications de ce travail ?
Losey : Nous pouvons construire le simulateur quantique proposé pour simuler les phases magnétiques exotiques de la matière et les transitions de phase entre elles. Ces transitions de phase présentent un grand intérêt car lors de ces transitions, les comportements de systèmes très différents deviennent identiques, ce qui implique qu'il existe des phénomènes physiques sous-jacents reliant ces différents systèmes.
Les techniques utilisées pour construire ce dispositif peuvent également être utilisées pour les ordinateurs quantiques basés sur les centres de spin, qui sont un candidat de premier plan pour le développement d'ordinateurs quantiques à température ambiante, alors que la plupart des ordinateurs quantiques nécessitent des températures extrêmement froides pour fonctionner. De plus, notre dispositif suppose que les centres de spin sont placés en ligne droite, mais il est possible de les placer dans des arrangements allant jusqu'à 3 dimensions. Cela pourrait permettre l'étude de dispositifs d'information basés sur le spin qui sont plus efficaces que les méthodes actuellement utilisées par les ordinateurs.
Les simulateurs quantiques étant plus faciles à construire et à utiliser que les ordinateurs quantiques, nous pouvons actuellement les utiliser pour résoudre certains problèmes que les ordinateurs classiques ne sont pas en mesure de résoudre, en attendant que les ordinateurs quantiques deviennent plus perfectionnés. Cependant, cela ne signifie pas que les simulateurs quantiques peuvent être construits sans difficulté, car nous commençons tout juste à être suffisamment performants pour manipuler les centres de spin, faire croître des cristaux purs et travailler à basse température pour construire le simulateur quantique que nous proposons.
