Le recycleur quantique améliore la compréhension des systèmes quantiques à plusieurs corps
Les physiciens poursuivent depuis longtemps l'idée de simuler des particules quantiques à l'aide d'un ordinateur lui-même constitué de particules quantiques. C'est exactement ce qu'ont fait des scientifiques du Forschungszentrum Jülich avec des collègues slovènes. Ils ont utilisé un recuit quantique pour modéliser un matériau quantique réel et ont montré que le recuit quantique peut refléter directement les interactions microscopiques des électrons dans le matériau. Ce résultat constitue une avancée significative dans le domaine et démontre l'applicabilité pratique de l'informatique quantique dans la résolution de problèmes complexes en science des matériaux. En outre, les chercheurs ont découvert des facteurs susceptibles d'améliorer la durabilité et l'efficacité énergétique des dispositifs de mémoire quantique. Ces résultats ont été publiés dans la revue Nature Communications.
Au début des années 1980, Richard Feynman s'est demandé s'il était possible de modéliser la nature avec précision à l'aide d'un ordinateur classique. Sa réponse a été la suivante : non : Le monde est constitué de particules fondamentales, décrites par les principes de la physique quantique. La croissance exponentielle des variables qui doivent être incluses dans les calculs pousse même les superordinateurs les plus puissants à leurs limites. Feynman a donc proposé d'utiliser un ordinateur lui-même constitué de particules quantiques. Grâce à sa vision, Feynman est considéré par beaucoup comme le père de l'informatique quantique. Des scientifiques du Forschungszentrum Jülich, en collaboration avec des collègues d'institutions slovènes, viennent de montrer que cette vision peut être mise en pratique. L'application qu'ils étudient est ce que l'on appelle un système à plusieurs corps. Ces systèmes décrivent le comportement d'un grand nombre de particules qui interagissent entre elles. Dans le contexte de la physique quantique, ils permettent d'expliquer des phénomènes tels que la supraconductivité ou les transitions de phase quantiques au zéro absolu. À une température de 0 Kelvin, au lieu de fluctuations thermiques, seules des fluctuations quantiques se produisent lorsqu'un paramètre physique tel que le champ magnétique change.
"L'un des défis de la recherche sur les matériaux quantiques consiste à mesurer quantitativement et à modéliser les transitions de phase des systèmes à corps multiples", explique Dragan Mihailović de l'Institut Jožef Stefan en Slovénie. Dans cette étude, les scientifiques se sont penchés sur le matériau quantique 1T-TaS2, qui est utilisé dans un large éventail d'applications, notamment l'électronique supraconductrice et les dispositifs de stockage à haut rendement énergétique. Jaka Vodeb, du Centre de supercalcul de Jülich, décrit l'approche comme suit : "Nous avons placé le système dans un état de non-équilibre et observé comment les électrons du réseau de l'état solide se réarrangent après une transition de phase de non-équilibre, à la fois expérimentalement et par le biais de simulations".
Tous les calculs ont été effectués à l'aide du recuit quantique de la société D-Wave, qui est intégré à l'infrastructure unifiée de Jülich pour l'informatique quantique, JUNIQ.
Une contribution à l'efficacité énergétique
Les chercheurs ont pu modéliser avec succès le passage d'une dynamique pilotée par la température à une dynamique dominée par des fluctuations quantiques bruyantes. En outre, les scientifiques ont démontré que les interconnexions des qubits du recuit quantique peuvent refléter directement les interactions microscopiques entre les électrons dans un matériau quantique. Un seul paramètre du recuit quantique doit être modifié. Le résultat correspond étroitement aux conclusions expérimentales.
Mais la recherche a également des applications pratiques. Par exemple, une compréhension plus approfondie des dispositifs de mémoire à base de 1T-TaS2 peut conduire à un dispositif de mémoire quantique pratique, mis en œuvre directement sur une unité de traitement quantique (QPU). De tels dispositifs peuvent contribuer au développement d'appareils électroniques économes en énergie, réduisant ainsi de manière significative la consommation d'énergie des systèmes informatiques.
Les recycleurs quantiques en pratique
La recherche met en évidence le potentiel des recuits quantiques dans la résolution de problèmes pratiques, ouvrant la voie à une application plus large dans divers domaines tels que la cryptographie, la science des matériaux et la simulation de systèmes complexes. En outre, les résultats ont des implications directes pour le développement de dispositifs de mémoire quantique à faible consommation d'énergie.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Jaka Vodeb, Michele Diego, Yevhenii Vaskivskyi, Leonard Logaric, Yaroslav Gerasimenko, Viktor Kabanov, Benjamin Lipovsek, Marko Topic, Dragan Mihailovic; "Non-equilibrium quantum domain reconfiguration dynamics in a two-dimensional electronic crystal and a quantum annealer"; Nature Communications, Volume 15, 2024-6-6
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