Des physiciens trouvent l'algorithme manquant à l'ordinateur quantique

Publié par Adrien le 17/03/2011 à 12:00
Source: Université de Sherbrooke
Une équipe internationale de physiciens a trouvé un important algorithme manquant aux futurs ordinateurs quantiques: la version quantique de l'algorithme de Metropolis. Cette découverte, publiée dans la revue Nature, permettra aux futurs (Futurs est une collection de science-fiction des Éditions de l'Aurore.) ordinateurs quantiques de simuler la nature ou encore l'évolution de systèmes quantiques avec bien plus de précision et plus efficacement qu'il ne sera jamais possible de le faire avec des ordinateurs conventionnels.

Une astuce mathématique de plus de 80 ans

Provenant de l'Allemagne, de l'Autriche et du Canada, les chercheurs butaient depuis quelques années sur un problème d'irréversibilité (La réversibilité et l’irréversibilité sont des concepts importants en physique et tout...) typique de la physique quantique (La physique quantique est l'appellation générale d'un ensemble de théories physiques...). Parmi ceux-ci, le professeur David Poulin, de l'Université de Sherbrooke (L'Université de Sherbrooke, fondée en 1954, est une université francophone...), a exploité une astuce mathématique pour sortir de l'impasse.

"Lors d'un séminaire avec mes collègues à Vienne, j'ai réalisé qu'un lemme mathématique de 1928 pourrait résoudre le problème, se souvient le physicien (Un physicien est un scientifique qui étudie le champ de la physique, c'est-à-dire la...) de la Faculté des sciences. Une demi-heure plus tard, nous avions intégré cette formule à notre travail et l'essentiel était réglé."

Le pendant classique de l'algorithme de Metropolis est largement utilisé pour résoudre des problèmes d'optimisation courants dans l'industrie. Cette version quantique permettrait de prédire le comportement de tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) système physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) régi par les lois de la mécanique quantique (La mécanique quantique est la branche de la physique qui a pour but d'étudier et de...).

Les spécialistes anticipent déjà de nombreuses applications, notamment la mise au point (Graphie) de nouveaux médicaments et matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) chimiques par l'étude du comportement de certaines molécules. Ils pensent aussi aux découvertes de nouvelles particules pour des systèmes de haute énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) ou encore à l'augmentation de la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) d'utilisation des matériaux supraconducteurs.

La promesse d'un prix Nobel enfin tenue

L'histoire de cet algorithme est liée à l'un des rares physiciens connus du grand public: celui qui a révélé l'origine de l'accident de la navette spatiale Challenger (Challenger était une navette spatiale américaine originellement conçue à des fins de test.), le Prix Nobel de physique (Le prix Nobel de physique est une récompense gérée par la Fondation Nobel, selon les...) Richard Feynman (Richard Phillips Feynman (11 mai 1918 - 15 février 1988) est l'un des physiciens les plus...). En 1982, Richard Feynman proposa de construire un ordinateur quantique (Un ordinateur quantique (ou rarement calculateur quantique) repose sur des propriétés quantiques...) afin de simuler la nature. À partir de là, les physiciens ont formalisé assez rapidement comment un tel ordinateur (Un ordinateur est une machine dotée d'une unité de traitement lui permettant...) pourrait simuler la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il...) d'un système quantique. "Mais le gros problème demeurait d'initialiser l'ordinateur quantique, affirme David Poulin. Par exemple, comment préparer l'état d'énergie minimale du système sur l'ordinateur quantique?"

Avec la découverte de cet algorithme, tous les outils sont maintenant là pour bien préparer l'ordinateur quantique à faire des simulations. "La promesse de Feynman est dorénavant remplie", déclare le professeur Poulin. "C'est un gros morceau pour l'informatique quantique (L'informatique quantique est le sous-domaine de l'informatique qui traite des ordinateurs...) et je suis persuadé qu'il reste d'autres algorithmes à découvrir pour d'autres types d'applications", conclut-il.

Une performance épique

Cette avancée scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui...) majeure est loin d'être un cas isolé pour l'Équipe de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) en informatique (L´informatique - contraction d´information et automatique - est le domaine...) quantique de l'UdeS (EPIQ), qui réunit les professeurs Poulin, Blais, Pioro-Ladrière, Reulet et leurs collaborateurs. En effet, en l'espace d'un an, ces chercheurs ont déjà publié 18 articles dans des revues scientifiques très prisées: Science, Nature Communications, Nature Physics, Physical Review Letters...
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