Un phénomène de localisation augmente la précision de la résolution des problèmes quantiques à plusieurs corps avec les ordinateurs quantiques. Ces problèmes sont par ailleurs difficiles pour les ordinateurs conventionnels. Cela met à portée de main une telle simulation quantique numérique à l'aide de dispositifs quantiques disponibles aujourd'hui.

Les ordinateurs quantiques promettent de résoudre certains problèmes de calcul exponentiellement plus rapidement que n'importe quelle machine classique. « Une application particulièrement prometteuse est la solution des problèmes quantiques à plusieurs corps en utilisant le concept de simulation quantique numérique, " dit Markus Heyl de l'Institut Max Planck pour la physique des complexes à Dresde, Allemagne. « De telles simulations pourraient avoir un impact majeur sur la chimie quantique, science des matériaux et physique fondamentale.

Au sein de la simulation quantique numérique, l'évolution temporelle du système quantique à N corps ciblé est réalisée par une séquence de portes quantiques élémentaires en discrétisant l'évolution temporelle, un processus appelé Trotterisation. « Un défi fondamental, cependant, est le contrôle d'une source d'erreur intrinsèque, qui apparaît du fait de cette discrétisation, " dit Markus Heyl.

Avec des collègues internationaux, ils ont montré dans un récent Avancées scientifiques article que la localisation quantique en contraignant l'évolution temporelle par interférence quantique limite fortement ces erreurs pour les observables locaux.

Plus robuste que prévu

"La simulation quantique numérique est donc intrinsèquement beaucoup plus robuste que ce que l'on pourrait attendre des limites d'erreur connues sur la fonction d'onde globale à N corps, " dit Heyl. Cette robustesse est caractérisée par un seuil pointu en fonction de la granularité du temps utilisé mesurée par ce que l'on appelle la taille de pas de Trotter. Le seuil sépare une région régulière avec des erreurs de Trotter contrôlables, où le système présente une localisation dans l'espace des états propres de l'opérateur d'évolution temporelle, d'un régime quantique chaotique où les erreurs s'accumulent rendant rapidement le résultat de la simulation quantique inutilisable.

"Nos résultats montrent que la simulation quantique numérique avec des pas de Trotter relativement grands peut conserver des erreurs de Trotter contrôlées pour les observables locaux, " précise Markus Heyl. " Il est ainsi possible de réduire le nombre d'opérations de portes quantiques nécessaires pour représenter fidèlement l'évolution temporelle souhaitée, atténuant ainsi les effets des opérations de porte individuelles imparfaites. » Cela met la simulation quantique numérique pour les problèmes à plusieurs corps quantiques classiques à la portée des dispositifs quantiques actuels.