Imaginez être coincé dans un labyrinthe et vouloir trouver votre chemin. Comment procéderiez-vous ? La réponse est essai et erreur. C'est ainsi que fonctionnent les ordinateurs traditionnels dotés d'algorithmes classiques pour trouver la solution à un problème complexe. Considérez maintenant ceci :et si, par magie, vous avez pu vous cloner en plusieurs versions afin de pouvoir parcourir tous les chemins en même temps ? Vous trouverez la sortie presque instantanément.

Il s'avère que nous ne parlons pas de magie, nous parlons de particules atomiques et subatomiques. Un électron, par exemple, peut être à plusieurs endroits à la fois. C'est un principe fondamental de la nature connu en mécanique quantique sous le nom de principe de superposition.

Maintenant, imaginez si nous profitons de ce principe et l'appliquons à nos simulateurs et ordinateurs classiques. Imaginez à quel point nous serions considérablement plus efficaces dans le traitement de l'information !

C'est le principe des ordinateurs quantiques et des simulateurs quantiques. En substance, les ordinateurs quantiques utilisent la capacité des particules subatomiques à exister dans plus d'un endroit à la fois.

Les simulateurs quantiques ne sont pas seulement bons pour l'efficacité des temps de traitement, mais ils sont le choix "naturel" pour simuler des systèmes simples et complexes dans la nature. C'est une conséquence directe du fait que la nature est finalement régie par les lois de la mécanique quantique.

Les simulateurs quantiques nous offrent une excellente occasion de simuler des aspects fondamentaux de la nature et de comprendre leur dynamique cachée sans même examiner les complexités résultant des différentes particules et de leurs interactions. C'est précisément le motif des recherches du professeur Ebrahim Karimi et de son équipe.

L'équipe de Karimi simule des structures périodiques et fermées dans la nature, telles que les molécules en forme d'anneau et les réseaux cristallins, en invoquant les propriétés mécaniques quantiques de la lumière. Les résultats peuvent nous aider à comprendre la dynamique impliquée dans de tels systèmes et ouvrir la possibilité de développer des ordinateurs quantiques efficaces basés sur la photonique.

L'équipe de Karimi a construit et exploité avec succès le tout premier simulateur quantique conçu spécifiquement pour simuler des systèmes cycliques (en forme d'anneau). Un simulateur quantique simule un système quantique. L'équipe a utilisé le quantum de lumière (photon) pour simuler le mouvement quantique des électrons à l'intérieur d'anneaux constitués d'un nombre différent d'atomes. Les résultats de l'expérience ont révélé que la physique des systèmes en forme d'anneau est fondamentalement différente de celle des systèmes en forme de ligne.

Ce faisant, l'équipe a établi une technique expérimentale puissante pour simuler une large classe de systèmes atomiques et a ouvert une nouvelle fenêtre pour explorer de nombreuses opportunités résultant de ses travaux.

"Nous prévoyons que, dans un court laps de temps, nos recherches auront un impact très important dans diverses disciplines, allant de la médecine à l'informatique, de la chimie organique et de la biologie à la science des matériaux et à la physique fondamentale, " dit le Dr Farshad Nejadsattari, l'un des boursiers postdoctoraux de Karimi, qui faisait partie du projet.

Dans un simulateur quantique, une particule quantique facilement contrôlable et physiquement bien comprise (dans notre cas une particule de lumière, un photon) est autorisé à se propager à l'intérieur d'un système conçu pour être similaire à celui qui est simulé.

Certaines découvertes intéressantes de cette expérience incluent la recherche de moyens spécifiques de distribuer la particule sur l'anneau de telle sorte que la distribution ne change jamais à mesure que la particule se propage, et aussi trouver des cas où la particule se répand d'abord sur l'anneau puis ré-émerge à l'endroit où elle a été initialement placée. Cela n'a jamais été vu expérimentalement dans aucun simulateur quantique.

Les techniques de simulation quantique devenant de plus en plus matures et complexes, synthétiser de nouveaux matériaux, le développement de produits chimiques et de médicaments sera grandement simplifié. Le simulateur quantique aidera à fournir toutes les informations dont on a besoin en un clin d'œil.