Créer un ordinateur quantique suffisamment puissant pour résoudre des problèmes que nous ne pouvons pas résoudre avec les ordinateurs actuels reste un défi majeur pour les physiciens quantiques. Un simulateur quantique fonctionnant correctement (un type spécifique d'ordinateur quantique) pourrait conduire à de nouvelles découvertes sur le fonctionnement du monde aux plus petites échelles.
La scientifique quantique Natalia Chepiga de l'Université de technologie de Delft a élaboré un guide sur la façon de mettre à niveau ces machines afin qu'elles puissent simuler des systèmes quantiques encore plus complexes. L'étude est maintenant publiée dans Physical Review Letters. .
"La création d'ordinateurs quantiques et de simulateurs quantiques utiles est aujourd'hui l'un des sujets les plus importants et les plus débattus de la science quantique, avec le potentiel de révolutionner la société", déclare la chercheuse Natalia Chepiga. Les simulateurs quantiques sont un type d’ordinateur quantique. Chepiga explique :« Les simulateurs quantiques sont destinés à résoudre les problèmes ouverts de la physique quantique afin de pousser plus loin notre compréhension de la nature. Les ordinateurs quantiques auront de nombreuses applications dans divers domaines de la vie sociale, par exemple dans les finances, le cryptage et le stockage de données. » /P>
"Un ingrédient clé d'un simulateur quantique utile est la possibilité de le contrôler ou de le manipuler", explique Chepiga. "Imaginez une voiture sans volant. Elle ne peut qu'avancer mais ne peut pas tourner. Est-ce utile ? Seulement s'il faut aller dans une direction particulière; sinon, la réponse sera 'non !'. Si nous voulons créer un ordinateur quantique qui sera capable de découvrir de nouveaux phénomènes physiques dans un avenir proche, nous devons construire un « volant » pour nous adapter à ce qui semble intéressant. Dans mon article, je propose un protocole qui crée un simulateur quantique entièrement contrôlable. /P>
Le protocole est une recette :un ensemble d’ingrédients qu’un simulateur quantique devrait pouvoir régler. Dans la configuration conventionnelle d’un simulateur quantique, les atomes de rubidium (Rb) ou de césium (Cs) sont ciblés par un seul laser. En conséquence, ces particules absorberont des électrons et deviendront ainsi plus énergétiques; ils deviennent excités.
"Je montre que si nous devions utiliser deux lasers avec des fréquences ou des couleurs différentes, excitant ainsi ces atomes vers des états différents, nous pourrions régler les simulateurs quantiques sur de nombreux paramètres différents", explique Chepiga.
Le protocole offre une dimension supplémentaire de ce qui peut être simulé. "Imaginez que vous n'avez vu un cube que sous forme d'esquisse sur une feuille de papier plate, mais que vous obtenez maintenant un véritable cube 3D que vous pouvez toucher, faire pivoter et explorer de différentes manières", poursuit Chepiga. "En théorie, nous pouvons ajouter encore plus de dimensions en introduisant davantage de lasers."
"Le comportement collectif d'un système quantique comportant de nombreuses particules est extrêmement difficile à simuler", explique Chepiga. "Au-delà de quelques dizaines de particules, la modélisation avec notre ordinateur habituel ou un supercalculateur doit s'appuyer sur des approximations." Lorsque l'on prend en compte l'interaction d'un plus grand nombre de particules, de la température et du mouvement, l'ordinateur a tout simplement trop de calculs à effectuer.
Les simulateurs quantiques sont composés de particules quantiques, ce qui signifie que les composants sont intriqués. "L'intrication est une sorte d'information mutuelle que les particules quantiques partagent entre elles. C'est une propriété intrinsèque du simulateur et permet donc de surmonter ce goulot d'étranglement informatique."
Plus d'informations : Natalia Chepiga, Criticité quantique réglable dans les réseaux Rydberg multicomposants, Physical Review Letters (2024). DOI :10.1103/PhysRevLett.132.076505. Sur arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2308.12838
Informations sur le journal : Lettres d'examen physique , arXiv
Fourni par l'Université de technologie de Delft
