Un ordinateur quantique simule la création de particules dans l'Univers 🌟

Des scientifiques ont utilisé des ordinateurs quantiques pour simuler comment des particules peuvent apparaître dans un univers en expansion. Cette étude, publiée dans Scientific Reports, nous aide à mieux comprendre certains mystères de notre Univers.


Pour faire cette simulation, les chercheurs ont utilisé une théorie appelée théorie des champs quantiques en espace-temps courbe (QFTCS). En gros, cette théorie permet d'étudier comment les particules se comportent dans un univers où l'espace et le temps sont "déformés", comme près d'un trou noir ou dans un univers qui grandit. Elle a déjà permis de prédire des phénomènes impressionnants, comme le rayonnement de Hawking (un rayonnement émis par les trous noirs) ou la création de particules dans un univers en expansion.

Jusqu'à présent, les scientifiques utilisaient des expériences en laboratoire pour vérifier ces prédictions. Mais cette fois, ils ont utilisé des ordinateurs quantiques pour faire des simulations numériques, une méthode nouvelle dans ce domaine.

Marco Díaz Maceda, le principal auteur de l'étude, explique que les ordinateurs quantiques sont un outil puissant pour explorer des questions fondamentales sur l'Univers. Cependant, ces ordinateurs sont encore en développement et font des erreurs à cause du "bruit" dans les calculs. Pour contourner ce problème, les chercheurs ont utilisé des techniques pour réduire ces erreurs sans avoir besoin de trop de ressources.

Ils ont choisi un modèle d'univers en expansion, appelé FLRW, et ont créé un circuit quantique sur un processeur d'IBM nommé Eagle pour simuler la création de particules. Malgré les erreurs, les résultats ont montré que les particules apparaissaient bien comme prévu par la théorie. Grâce aux techniques de réduction d'erreurs, les chercheurs ont pu obtenir des résultats plus précis.

Cette étude est une grande avancée pour utiliser les ordinateurs quantiques dans l'étude de notre Univers. Elle ouvre la porte à de nouvelles recherches sur des sujets comme l'intrication gravitationnelle (un phénomène quantique lié à la gravité) ou la structure de l'Univers.

La théorie des champs quantiques en espace-temps courbe (QFTCS)

La QFTCS est une théorie qui mélange deux grandes idées de la physique: la relativité générale (qui explique comment la gravité déforme l'espace et le temps) et la mécanique quantique (qui décrit le comportement des particules à très petite échelle). Elle permet d'étudier comment les particules se comportent dans des univers où l'espace et le temps sont déformés, comme près d'un trou noir ou dans un univers en expansion.

Cette théorie est très utile parce qu'elle permet d'explorer des phénomènes complexes sans avoir besoin d'une théorie complète de la gravité quantique, qui reste encore à découvrir.

Comment réduire les erreurs dans les calculs quantiques ?

Les ordinateurs quantiques sont puissants, mais ils font encore des erreurs à cause du "bruit" dans les calculs. Pour améliorer les résultats, les chercheurs utilisent des techniques de mitigation d'erreurs. L'idée est de comprendre comment les erreurs augmentent avec le bruit, puis de deviner ce que seraient les résultats sans ce bruit.

Contrairement à la correction d'erreurs, qui nécessite beaucoup de ressources, la mitigation d'erreurs est plus adaptée aux ordinateurs quantiques actuels. Dans cette étude, les chercheurs ont utilisé une technique appelée extrapolation à bruit zéro (ZNE), qui a permis d'obtenir des résultats plus précis.