Un groupe de recherche conjoint dirigé par le professeur Jens Eisert de Freie Universität Berlin et Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) a montré un moyen de simuler les propriétés physiques quantiques de systèmes complexes à l'état solide. Cela se fait à l'aide de systèmes à l'état solide complexes qui peuvent être étudiés expérimentalement. L'étude a été publiée dans la célèbre revue Actes de l'Académie nationale des sciences ( PNAS ).

"Le véritable objectif est un ordinateur quantique robuste qui génère des résultats stables même lorsque des erreurs se produisent et corrige ces erreurs, " explique Jens Eisert, professeur à la Freie Universität Berlin et chef d'un groupe de recherche commun à la HZB. Jusque là, le développement d'ordinateurs quantiques robustes est encore loin, car les bits quantiques réagissent de manière extrêmement sensible aux plus petites fluctuations des paramètres environnementaux.

Mais désormais une nouvelle approche pourrait promettre le succès :deux post-doctorants du groupe autour de Jens Eisert, Maria Laura Baez et Marek Gluza ont repris une idée de Richard Feynman, un brillant physicien américain de l'après-guerre. Feynman avait proposé d'utiliser de vrais systèmes d'atomes avec leurs propriétés physiques quantiques pour simuler d'autres systèmes quantiques. Ces systèmes quantiques peuvent être constitués d'atomes enchaînés comme des perles dans une chaîne avec des propriétés de rotation spéciales, mais pourrait aussi être des pièges à ions, atomes de Rydberg, Qbits ou atomes supraconducteurs dans les réseaux optiques. Ce qu'ils ont en commun, c'est qu'ils peuvent être créés et contrôlés en laboratoire. Leurs propriétés physiques quantiques pourraient être utilisées pour prédire le comportement d'autres systèmes quantiques. Mais quels systèmes quantiques seraient de bons candidats ? Existe-t-il un moyen de le savoir à l'avance ?

L'équipe d'Eisert a maintenant étudié cette question en utilisant une combinaison de méthodes mathématiques et numériques. En réalité, le groupe a montré que le soi-disant facteur de structure dynamique de tels systèmes est un outil possible pour faire des déclarations sur d'autres systèmes quantiques. Ce facteur mappe indirectement comment les spins ou d'autres quantités quantiques se comportent au fil du temps, il est calculé par une transformation de Fourier.

"Cette œuvre jette un pont entre deux mondes, " explique Jens Eisert. " D'une part, il y a la Communauté de la Matière Condensée, qui étudie les systèmes quantiques et en tire de nouvelles connaissances - et d'autre part il y a l'informatique quantique - qui traite de l'information quantique. Nous pensons que de grands progrès seront possibles si nous rapprochons les deux mondes, ", dit le scientifique.