Simulation de systèmes quantiques
Pour comprendre le mouvement des planètes, on élabore une simulation informatique constituant un modèle de notre système solaire. Pour comprendre le comportement d’un système à N corps où il y a des phénomènes quantiques comme l’intrication, il faut une simulation quantique.
C’est l’objet des travaux de Rajibul Islam, chercheur principal au laboratoire d’informatique quantique avec des ions piégés (QITI pour Quantum Information with Trapped Ions) ainsi que professeur adjoint au Département de physique et d’astronomie. Il est à l’avant-garde de la recherche expérimentale sur l’utilisation d’ions piégés comme simulateurs quantiques. Il a amené son expertise à l’IQC en 2016 et a depuis lors monté un laboratoire de toutes pièces.
Maintenant que lui et son équipe refroidissent des ions par laser et les piègent, M. Islam est enthousiaste à l’idée d’étudier et d’étendre les capacités de cet environnement de calcul quantique, ouvrant peut-être la voie à un nouvel avenir de connaissances scientifiques et de percées technologiques.
Pour piéger un ion — atome individuel chargé électriquement —, il faut une chambre à ultravide et beaucoup de lasers. Rajibul Islam et son équipe font chauffer une minuscule quantité d’ytterbium, une terre rare métallique, pour la faire passer directement de l’état solide à l’état gazeux. Les atomes de ce gaz flottent dans une chambre à vide où ils sont ionisés et refroidis à l’aide de lasers, de telle sorte qu’ils soient piégés par un champ électrique créé par un ensemble d’électrodes. Une fois les ions piégés, un laser ultraviolet de grande puissance peut les manipuler pour les amener dans différents états auxquels on attribue les valeurs 0 et 1.
Un avantage du piégeage d’ions réside dans le fait que les atomes sont naturels, sans défaut et identiques, ce qui évite certaines difficultés des qubits artificiels. Ces ions ont en outre de longues durées de cohérence, c’est-à-dire qu’ils conservent leur « caractère quantique » plus longtemps que beaucoup d’autres systèmes.
Ces simulations pourraient ouvrir la possibilité de répondre à des questions très fondamentales que nous ne pouvons même pas aborder pour le moment : des questions sur le Big Bang, la matière et l’antimatière, et sur les particularités de réactions chimiques.
La simulation de systèmes quantiques plus complexes avec des chaînes d’ions piégés peut permettre de comprendre mieux que jamais des réactions chimiques et des interactions en physique des hautes énergies. « Ces simulations, dit M. Islam, pourraient ouvrir la possibilité de répondre à des questions très fondamentales que nous ne pouvons même pas aborder pour le moment : des questions sur le Big Bang, la matière et l’antimatière, et sur les particularités de réactions chimiques. »
Une connaissance approfondie de ce qui se passe à l’échelle subatomique lorsque des produits chimiques réagissent pourraient permettre de régler ces interactions afin de les rendre plus efficaces. « Quand on y réfléchit, poursuit M. Islam, les processus chimiques font partie de notre vie de tous les jours : batteries, engrais, production d’électricité. Imaginez ce que nous pourrions faire pour la société si tout cela se faisait le plus efficacement possible. »
Quand on y réfléchit, poursuit M. Islam, les processus chimiques font partie de notre vie de tous les jours : batteries, engrais, production d’électricité. Imaginez ce que nous pourrions faire pour la société si tout cela se faisait le plus efficacement possible.
