Des physiciens viennent d’utiliser un ordinateur quantique pour simuler la création d’antimatière

Pour la première fois, des physiciens ont utilisé un ordinateur quantique primitif pour simuler la création spontanée de paires particule-antiparticule.

Il s’agit de la première simulation complète d’une expérience de physique des hautes énergies – ce que nos ordinateurs actuels sont incapables de faire – et cela pourrait donner aux physiciens l’occasion d’étudier comment les quarks se lient pour former des protons et des neutrons, et comment ces particules fondamentales de l’Univers forment les noyaux atomiques.

Les ordinateurs quantiques devraient révolutionner l’informatique à l’avenir, car ils ne sont pas limités aux 1 et 0 des bits du code binaire, utilisés dans les ordinateurs d’aujourd’hui. Au lieu de cela, les ordinateurs quantiques utilisent des qubits, qui peuvent essentiellement prendre l’état 0, 1 ou une “superposition” des deux.

Ainsi, plutôt que d’avoir des bits qui ne peuvent être que 1 ou 0 à un moment donné, les qubits peuvent être tout et n’importe quoi. Cela signifie qu’ils peuvent effectuer de nombreux calculs simultanément, ce qui leur confère une puissance de traitement sans précédent.

Sans précédent ? L'”ordinateur quantique” D-Wave 2 de Google est 100 millions de fois plus rapide que votre ordinateur portable, et de nombreux physiciens affirment qu’il ne s’agit même pas d’un véritable ordinateur quantique.

Comme le rapporte Mary-Ann Russon pour l’International Business Times, en 2014, une équipe internationale d’informaticiens a publié un article dans Science montrant que le D-Wave 2 a échoué à certains tests de référence, ce qui signifie qu’il était plus rapide que les ordinateurs ordinaires dans certains tests, mais en réalité plus lent dans d’autres.

Le D-Wave 2 fonctionne désormais avec deux fois plus de qubits, mais personne n’a été en mesure de vérifier de manière indépendante son comportement quantique.

Pour simuler la création d’antimatière, une équipe de physiciens autrichiens en a utilisé un qui piège quatre ions calcium alignés avec de puissants champs électromagnétiques, les transformant en qubits flottant dans le vide.

Lorsque des impulsions laser placées stratégiquement étaient tirées sur les qubits, les fluctuations quantiques d’énergie qui en résultaient permettaient aux chercheurs de calculer mathématiquement si cette énergie avait été convertie en matière, créant des particules d’électrons et leurs partenaires antiparticules, les positrons.

“Ils ont manipulé les spins des ions – leurs orientations magnétiques – à l’aide de faisceaux laser”, rapporte Davide Castelvecchi pour Nature. “Cela a incité les ions à effectuer des opérations logiques, les étapes de base de tout calcul informatique”

L’équipe a exécuté plusieurs séquences de 100 étapes – chacune ne prenant pas plus de quelques millisecondes à réaliser, puis a observé l’état des ions à l’aide d’un appareil photo numérique. Elle a ensuite observé l’état des ions à l’aide d’un appareil photo numérique. Elle a pu déterminer, d’après l’emplacement et l’orientation des ions, si le processus avait créé une particule ou une antiparticule à cet endroit.

L’expérience était assez simple, réalisée sur un ordinateur quantique vraiment primitif, “mais leurs calculs ont confirmé les prédictions d’une version simplifiée de l’électrodynamique quantique, la théorie établie de la force électromagnétique”, explique Castelvecchi.

Si cette expérience pouvait être mise à l’échelle, elle permettrait aux physiciens de tester les résultats prédits par la physique théorique comme jamais auparavant

“Plus le champ est fort, plus nous pouvons créer rapidement des particules et des antiparticules”, a déclaré à Nature l’un des membres de l’équipe, Esteban Martinez, de l’université d’Innsbruck .

Le seul problème ? La mise à l’échelle d’un ordinateur quantique est très compliquée. Alors que le D-Wave 2 de Google est censé contenir plus de 1 000 qubits, les critiques ne s’accordent toujours pas sur le caractère réellement quantique de son comportement.

Mais avec des expériences comme celle-ci, nous avons enfin un aperçu de ce que pourrait être la science avec de véritables ordinateurs quantiques dans notre coin, et nous espérons que cela donnera aux scientifiques l’impulsion dont ils ont besoin pour résoudre ce problème.

La recherche a été publiée dans Nature.