Les scientifiques du Laboratoire national de Los Alamos ont développé un nouvel algorithme d'informatique quantique qui offre une meilleure compréhension de la transition quantique-classique, qui pourrait aider à modéliser des systèmes à l'aube des mondes quantique et classique, telles que les protéines biologiques, et également résoudre des questions sur la façon dont la mécanique quantique s'applique aux objets à grande échelle.

"La transition quantique vers classique se produit lorsque vous ajoutez de plus en plus de particules à un système quantique, " a déclaré Patrick Coles du groupe de physique de la matière condensée et des systèmes complexes du Laboratoire national de Los Alamos, « de sorte que les effets quantiques étranges disparaissent et que le système commence à se comporter de manière plus classique. Pour ces systèmes, il est pratiquement impossible d'utiliser un ordinateur classique pour étudier la transition quantique-classique. Nous pourrions étudier cela avec notre algorithme et un ordinateur quantique composé de plusieurs centaines de qubits, qui, nous prévoyons, sera disponible dans les prochaines années sur la base des progrès actuels dans le domaine. »

Répondre aux questions sur la transition quantique-classique est notoirement difficile. Pour les systèmes de plus de quelques atomes, le problème devient rapidement insoluble. Le nombre d'équations croît de façon exponentielle avec chaque atome ajouté. Protéines, par exemple, se composent de longues chaînes de molécules qui peuvent devenir des composants biologiques importants ou des sources de maladie, selon la façon dont ils se replient. Bien que les protéines puissent être des molécules relativement grosses, ils sont suffisamment petits pour que la transition quantique-classique, et des algorithmes qui peuvent le gérer, deviennent importants lorsque l'on essaie de comprendre et de prédire comment les protéines se replient.

Afin d'étudier les aspects de la transition quantique-classique sur un ordinateur quantique, les chercheurs ont d'abord besoin d'un moyen de caractériser à quel point un système quantique est proche du comportement classique. Les objets quantiques ont des caractéristiques à la fois de particules et d'ondes. Dans certains cas, ils interagissent comme de minuscules boules de billard, dans d'autres, elles interfèrent les unes avec les autres de la même manière que les vagues de l'océan se combinent pour former de plus grosses vagues ou s'annuler les unes les autres. L'interférence ondulatoire est un effet quantique. Heureusement, un système quantique peut être décrit en utilisant des probabilités classiques intuitives plutôt que les méthodes plus difficiles de la mécanique quantique, quand il n'y a pas d'interférence.

L'algorithme du groupe LANL détermine à quel point un système quantique est proche d'un comportement classique. Le résultat est un outil qu'ils peuvent utiliser pour rechercher la classicité dans les systèmes quantiques et comprendre comment les systèmes quantiques, à la fin, nous semblent classiques dans notre vie de tous les jours.