(PhysOrg.com) -- L'énigmatique point quantique est la pierre angulaire des ordinateurs quantiques. Les physiciens de l'EPFL ont développé une nouvelle théorie qui montre que la symétrie des points est suffisante pour expliquer la plupart de leurs propriétés optiques intrigantes.

Les physiciens ont créé un point pyramidal d'un peu moins de 100 nanomètres de haut, environ 200 atomes de côté. En appliquant une tension à cette structure miniature, les scientifiques ont créé un appareil qui peut émettre de la lumière, qui pourraient ensuite être utilisés dans les futurs composants des ordinateurs quantiques. Mais la route vers ce nouveau type d'informatique est encore longue, en particulier parce que déterminer les propriétés optiques de ces points quantiques est une entreprise compliquée et gourmande en calculs. Marc-André Dupertuis et son équipe du Laboratoire de physique des nanostructures de l'EPFL ont proposé, et vérifié par observation, une nouvelle théorie physique qui non seulement réduit le temps nécessaire pour effectuer ces calculs, mais aussi, et par dessus tout, permet simplement de mieux comprendre la nature de ces objets étranges.

Lorsque des charges électriques sont injectées dans des points quantiques, ils se mettent à vibrer. C'est ce que les physiciens appellent la fonction d'onde, qui dans ce cas vibre un peu comme la tête d'un tambour. On pourrait penser que simuler ces vibrations serait extrêmement complexe, mais Dupertuis s'est rendu compte que le comportement des vagues, et donc la lumière émise par la boîte quantique, peut être suffisamment déterminé par la symétrie. À cause de ce, le calcul pourrait être simplifié à l'aide d'un outil mathématique familier connu sous le nom de théorie des groupes.

Mieux comprendre au dos d'une serviette

La force de cette approche est sa relative simplicité. Les physiciens peuvent déduire les propriétés optiques des points quantiques en se basant sur les symétries qu'ils soupçonnent d'exister, puis vérifier expérimentalement la présence des symétries. « Les calculs qui nécessitaient jusqu'à présent des superordinateurs peuvent désormais être remplacés par d'autres calculs qui peuvent être effectués au dos d'une serviette, », dit Dupertuis.

Dupertuis a dû surmonter une sérieuse difficulté pour arriver à la théorie - il devait être capable de la simplifier suffisamment, tout en tenant compte des propriétés étranges qui régissent le monde quantique. Imaginez un gâteau coupé en tranches symétriques, mais dont les bords ne se ressemblent pas tous; il faudrait disposer les tranches dans un ordre précis pour remettre le gâteau en place. C'est le genre de défi mathématique et quantique auquel le physicien s'attaque.

Une avancée prometteuse

Cet obstacle mis à part, la méthode est très prometteuse. « En utilisant des méthodes d'observation éprouvées, on peut déduire précisément la symétrie exacte de la boîte quantique, ainsi que les propriétés de la charge électrique qu'il contient et même le type de photons qu'il émettra. » Ces informations seront utiles pour concevoir de nouveaux dispositifs qui pourraient être utilisés dans les ordinateurs quantiques.