Les physiciens ont découvert une caractéristique potentiellement révolutionnaire du comportement des bits quantiques qui permettrait aux scientifiques de simuler des systèmes quantiques complexes sans avoir besoin d'une énorme puissance de calcul.

Pour quelques temps, le développement de la prochaine génération d'ordinateurs quantiques a été limité par la vitesse de traitement des processeurs conventionnels. Même les supercalculateurs les plus rapides du monde n'ont pas été assez puissants, et les ordinateurs quantiques existants sont encore trop petits, être capable de modéliser des structures quantiques de taille moyenne, tels que les processeurs quantiques.

Cependant, une équipe de chercheurs des universités de Loughborough, Nottingham et Innopolis a maintenant trouvé un moyen de contourner le besoin de telles quantités massives d'énergie en exploitant le comportement chaotique des qubits, la plus petite unité d'information numérique.

Lors de la modélisation du comportement des bits quantiques (qubits), ils ont découvert que lorsqu'une source d'énergie externe, tel qu'un signal laser ou hyperfréquence, a été utilisé, le système est devenu plus chaotique, démontrant finalement le phénomène connu sous le nom d'hyperchaos.

Lorsque les qubits ont été excités par la source d'alimentation, ils ont changé d'état, comme des bits informatiques normaux qui se déplacent entre zéro et un, mais d'une manière beaucoup plus irrégulière et imprévisible. Cependant, les chercheurs ont découvert que le degré de complexité (hyperchaos) n'augmentait pas de manière exponentielle à mesure que la taille du système augmentait - ce à quoi on pourrait s'attendre - mais plutôt, il restait proportionnel au nombre d'unités.

Dans un nouveau journal, "Émergence et contrôle de comportements complexes dans des systèmes pilotés de qubits en interaction avec dissipation, " publié dans la revue Nature Informations quantiques NPJ , l'équipe montre que ce phénomène a un grand potentiel pour permettre aux scientifiques de simuler de grands systèmes quantiques.

L'un des auteurs correspondants, Dr Alexandre Zagoskin, de l'École des sciences de Loughborough, a déclaré:"Une bonne analogie est la conception d'avions. Pour concevoir un avion, il est nécessaire de résoudre certaines équations d'hydro(aéro)dynamique, qui sont très difficiles à résoudre et ne sont devenus possibles qu'après la Seconde Guerre mondiale, quand des ordinateurs puissants sont apparus. Néanmoins, les gens avaient conçu et piloté des avions bien avant cela. C'est parce que le comportement du flux d'air pouvait être caractérisé par un nombre limité de paramètres, tels que le nombre de Reynolds et le nombre de Mach, qui pourraient être déterminés à partir d'expériences sur modèle à petite échelle. Sans cela, simulation directe d'un système quantique dans ses moindres détails, à l'aide d'un ordinateur classique, devient impossible dès qu'il contient plus de quelques milliers de qubits. Essentiellement, il n'y a pas assez de matière dans l'Univers pour construire un ordinateur classique capable de traiter le problème. Si l'on peut caractériser différents régimes d'un 10, ordinateur quantique de 000 qubits par seulement 10, 000 de ces paramètres au lieu de 2 ^{dix, 000} – qui est approximativement 2 fois 1 avec trois mille zéros – ce serait une vraie percée. »

Les nouveaux résultats montrent qu'un système quantique présente des modèles qualitativement différents de comportement général du cas, et les transitions entre elles sont régies par un nombre relativement faible de paramètres.

Si cela se vérifie généralement, les chercheurs pourront alors déterminer les valeurs critiques de ces paramètres à partir de, par exemple., construire et tester des modèles réduits, et, en prenant quelques mesures du système réel, pour dire si les paramètres de notre processeur quantique lui permettent de fonctionner correctement ou non.

En prime, la complexité contrôlable du comportement des grands systèmes quantiques ouvre de nouvelles possibilités dans le développement de nouveaux outils de cryptographie quantique.