Publié le 2024-02-29 10:00:00. Des chercheurs ont utilisé un ordinateur quantique pour observer un nouvel état de la matière, jusqu’alors purement théorique, ouvrant la voie à des découvertes fondamentales en physique et à de nouvelles applications pour ces machines prometteuses.
- Une équipe internationale a confirmé l’existence d’un « état de Floquet topologiquement ordonné » grâce à un processeur quantique de 58 qubits.
- Ce nouvel état de la matière, différent des phases classiques comme la glace ou la vapeur, n’existe que lorsqu’il est constamment stimulé.
- Les ordinateurs quantiques pourraient devenir des laboratoires essentiels pour explorer des phénomènes physiques inaccessibles aux ordinateurs classiques.
Longtemps considérés comme des outils expérimentaux capables d’accélérer certains calculs, les ordinateurs quantiques révèlent un potentiel bien plus vaste. Une récente étude démontre qu’ils pourraient servir de véritables laboratoires pour la découverte de nouveaux phénomènes physiques.
Des scientifiques de l’Université technique de Munich, de l’Université de Princeton et de Google Quantum AI ont réussi à observer et à confirmer l’existence d’un état de la matière appelé « état de Floquet topologiquement ordonné ». Jusqu’à présent, ce concept n’était qu’une construction théorique. L’équipe a utilisé un processeur quantique composé de 58 qubits pour mener à bien cette expérience.
La plupart des gens connaissent l’eau et ses différentes phases : solide (glace), liquide et gazeuse (vapeur). Cependant, les physiciens identifient également des phases de la matière beaucoup plus complexes et exotiques, comme les supraconducteurs ou les liquides à spin quantique. L’état nouvellement observé se distingue de ces phases classiques : il n’existe pas au repos, mais uniquement lorsque le système est soumis à une stimulation constante et externe. Les chercheurs parlent d’« états de non-équilibre », c’est-à-dire des états déséquilibrés.
C’est précisément la capacité de l’ ordinateur quantique à simuler le comportement des particules dans des conditions extrêmes qui rend cette observation possible. Ces conditions seraient impossibles à reproduire dans le monde classique.
Lorsqu’un système quantique est soumis à une action externe périodique, comme un champ magnétique pulsé, un ordre rythmique particulier peut émerger. Ce phénomène est connu sous le nom de systèmes de Floquet. L’expérience menée par l’équipe de Google a permis de créer un état qui se « réorganise » périodiquement tout en conservant certaines propriétés topologiques. Les scientifiques le décrivent comme une matière qui danse au rythme de sa propre musique, sans jamais s’arrêter.
Grâce à un nouvel algorithme d’interférence, les chercheurs ont pu observer ce que l’on appelle les mouvements de bord dirigés – une caractéristique essentielle de cette phase quantique. Ces mouvements confirment que le système évolue bien vers un état topologiquement ordonné.
Surtout, cette expérience a permis d’observer en temps réel la transformation de particules exotiques, un phénomène qui jusqu’à présent n’existait que sous forme d’équations théoriques. Les scientifiques comparent ce processus à une alternance constante entre glace et vapeur, au rythme d’une musique, sans jamais atteindre l’état liquide.
Selon Melissa Will, auteure principale de l’étude, de la TUM, cette avancée démontre que les processeurs quantiques ne sont pas de simples outils de calcul :
« Ce sont des laboratoires expérimentaux destinés à explorer de nouveaux états de la matière que les ordinateurs classiques ne peuvent même pas simuler. »
Melissa Will, TUM
La capacité des ordinateurs quantiques à superposer plusieurs états simultanément permet d’étudier des situations qui seraient inaccessibles, même dans les laboratoires de physique les plus avancés au monde.