Premiers pas prometteurs pour la simulation quantique

Pour la première fois à l'IN2P3 un calcul de physique nucléaire a été réalisé avec succès sur un ordinateur quantique. Ce travail encore très préliminaire, mené par Denis Lacroix, théoricien d'IJCLab, valide une méthode de programmation de ces ordinateurs très particuliers, et laisse entrevoir le potentiel de ces machines à simuler sans limitations l'intégralité des noyaux de la table des éléments. Un résultat paru dans PRL le 2 décembre 2020.


Parvenir à simuler précisément tous les noyaux de la table des éléments en partant des interactions entre les protons/neutrons est un graal inaccessible à l'informatique classique. En revanche, l'ordinateur quantique (Un ordinateur quantique (ou rarement calculateur quantique) repose sur des propriétés quantiques...), naturellement capable de mimer les propriétés quantiques des particules, a toutes les chances d'y parvenir. Du moins théoriquement car à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...) les machines existantes sont encore loin d'avoir la stabilité et la fiabilité (Un système est fiable lorsque la probabilité de remplir sa mission sur une durée...) souhaitée. Néanmoins, les premiers prototypes d'ordinateurs quantiques sont déjà l'occasion de concevoir et tester les algorithmes de simulation quantique qui tourneront sur les futures machines en cours de développement.

Tri d'états intriqués de noyaux

Cette voie prometteuse est explorée à l'IN2P3 (L'Institut national de physique nucléaire et de physique des particules (IN2P3) est un institut de...) par Denis Lacroix, théoricien en physique nucléaire (La physique nucléaire est la science qui étudie non seulement le noyau atomique en tant...) d'IJCLab. Il vient de développer un algorithme capable de trier quasi-instantanément les états intriqués des noyaux en fonction de leurs propriétés (nombre de particules, moment angulaire (En physique, le moment angulaire ou moment cinétique est la grandeur physique qui joue un...),...). Testé sur des émulateurs d'ordinateur (Un ordinateur est une machine dotée d'une unité de traitement lui permettant...) quantiques (sans bruit) puis sur la plateforme quantique d'IBM sur le phénomène de superfluidité, l'algorithme a donné toute satisfaction. En l'occurrence, les résultats qu'il donnait, bien que fortement bruités, étaient en parfaite concordance avec les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) issues de simulations classiques.

"Cet algorithme peut potentiellement être utilisé pour l'application des théories de champ moyen ou des théories dites ab-initio (sans approximation) pour la simulation des noyaux atomiques, explique Denis Lacroix. C'est une première brique algorithmique (L'algorithmique est l’ensemble des règles et des techniques qui sont impliquées...) qui démontre concrètement l'intérêt de recourir à l'ordinateur quantique et qui montre d'ores (ORES, l'Opérateur des Réseaux Gaz & Électricité est le l'opérateur des...) et déjà que, si les machines quantiques tiennent leurs promesses, il sera possible de les utiliser pour simuler n'importe quel noyau de la table. Ce serait alors une vraie révolution."