Nouvelle recherche en théorie quantique, dirigé par des universitaires de l'École de physique de l'Université de St Andrews, pourrait transformer la façon dont les scientifiques prédisent le comportement des particules quantiques.

La théorie quantique est une pierre angulaire de la physique moderne, expliquer le comportement de particules isolées, comme les électrons qui gravitent autour des atomes. Il nous a montré que les particules quantiques ont un grand potentiel d'applications, tels que de puissants ordinateurs quantiques capables de résoudre des problèmes complexes beaucoup plus rapidement que les ordinateurs conventionnels.

Dans les années récentes, la possibilité d'utiliser les états des particules quantiques pour détenir des informations est devenue une réalité en laboratoire. Cela a conduit au développement de processeurs quantiques constitués de quelques bits quantiques, 'qubits' - particules qui stockent un état quantique particulier. Contrairement aux bits des ordinateurs conventionnels, qui peut être zéro ou un, un qubit peut être dans une « superposition » de zéro et un en même temps. Si des calculs peuvent être faits sur cette superposition, ça permet quelques problèmes, comme rechercher des bases de données plus rapidement que sur des ordinateurs ordinaires.

La nouvelle recherche, Publié dans Communication Nature (lundi 20 août), qui s'est concentré sur les comportements des qubits individuels, ouvre la possibilité de simulations plus fidèles de la prochaine génération de processeurs quantiques et pourrait permettre de nouvelles connaissances sur la mécanique quantique et le développement de puissants ordinateurs quantiques.

L'étude, dirigé par des physiciens théoriciens, Dr Brendon Lovett et Dr Jonathan Keeling, a noté que si les qubits réels se comportaient comme les qubits des manuels, la quête pour construire un ordinateur quantique serait facile. Cependant, contrairement aux modèles de manuels de qubits, les qubits réels ne sont jamais vraiment isolés, ils interagissent en permanence avec le grand nombre d'autres particules dans le monde. Cela signifie qu'essayer de créer un modèle mathématique du comportement d'un qubit est très difficile, car nous devons maintenant également suivre ce que fait le reste du monde. Pour ce faire, il faut explicitement une quantité d'informations qui ne peut pas être stockée, même sur les plus gros ordinateurs dont nous disposons. Pour éviter cela, des modèles simples de l'interaction entre les qubits individuels et le reste du monde sont souvent utilisés, mais ceux-ci peuvent manquer des effets cruciaux.

Le Dr Lovett a déclaré :« Notre recherche a trouvé une nouvelle façon révolutionnaire de conserver la fraction d'information la plus pertinente, permettant une description exacte du comportement du qubit même sur un ordinateur portable ordinaire. Ce travail ouvre non seulement la possibilité de simulations plus fidèles de la prochaine génération de processeurs quantiques, mais pourrait nous permettre de nouvelles perspectives sur le fonctionnement de la mécanique quantique lorsque de nombreuses particules sont assemblées. »

L'article 'Efficient non-Markovian quantum dynamics using time-evolving matrix product operator' est publié dans Communication Nature .