Les ordinateurs trouvent une solution impossible, battant la technologie quantique à son propre jeu

Plus tôt cette année, des expériences ont pulvérisé les attentes en repoussant les limites de ce que l’on croyait possible avec l’informatique classique. Non seulement la technologie binaire à l’ancienne a résolu un problème considéré comme unique au traitement quantique, mais elle l’a également surpassé.

Désormais, des physiciens du Center for Computational Quantum Physics du Flatiron Institute aux États-Unis ont une explication pour cet exploit, qui pourrait aider à mieux définir les frontières entre les deux méthodes de calcul numérique radicalement différentes.

Le problème implique la simulation de la dynamique de ce que l’on appelle un modèle d’Ising à champ transverse (TFI), qui décrit l’alignement des états de spin quantique entre des particules réparties dans un espace.

Étant donné la nature du problème, il était considéré comme un sujet parfait pour tester les limites actuelles de l’informatique quantique, qui utilise les mathématiques des probabilités derrière les particules non observées existant dans un flou indécis d’états.

Aussi réussi que cet essai ait été, des expériences de suivi ont montré que les ordinateurs classiques peuvent également le faire.

Selon Joseph Tindall et Dries Sels du Flatiron Institute, cela est possible grâce à un comportement appelé confinement, dans lequel des états extrêmement stables apparaissent dans le chaos interconnecté des propriétés indécises des particules, donnant à un ordinateur classique quelque chose qu’il peut modéliser.

« Nous n’avons pas vraiment introduit de techniques de pointe », déclare Tindall. « Nous avons rassemblé de nombreuses idées de manière concise et élégante, ce qui a rendu le problème soluble. »

Le confinement rend le problème plus facile à résoudre. (Lucy Reading-Ikkanda/Simons Foundation)

La clé de la recherche était d’identifier la présence du confinement dans le modèle TFI et de l’utiliser. Le confinement n’est pas un phénomène nouveau, mais jusqu’à présent, il n’avait pas été associé au modèle.

Le confinement maintient les particules dans des grappes plus petites, limitant l’énergie disponible et érigeant des barrières aux modèles d’intrication qui peuvent se propager dans un système – ces combinaisons de probabilités caractéristiques de la physique quantique. C’est un peu comme ne devoir résoudre qu’un petit coin d’un gigantesque puzzle, plutôt que le puzzle entier.

Grâce à une série de simulations et de calculs, l’équipe de recherche a pu démontrer que les algorithmes informatiques classiques pouvaient décrire ce qui se passait dans le modèle TFI, mais de manière plus efficace et plus précise qu’un ordinateur quantique.

« Dans ce système, les aimants ne vont pas simplement se brouiller soudainement », déclare Tindall. « Ils vont simplement osciller autour de leur état initial, même sur de très longues échelles de temps. »

« C’est assez intéressant d’un point de vue physique, car cela signifie que le système reste dans un état qui a une structure très spécifique et n’est pas simplement complètement désordonné. »

Les résultats fixent des limites à ce que l’on peut attendre du potentiel des ordinateurs quantiques ; plus précisément, quelles tâches ils pourraient être capables d’accomplir que les systèmes informatiques traditionnels ne peuvent pas (nous pouvons maintenant barrer celle-ci de la liste). Cependant, une grande partie de cette promesse reste à réaliser, et les scientifiques continuent de pousser et de sonder ces systèmes pour voir ce qui est possible.

« Il y a une certaine frontière qui sépare ce qui peut être fait avec l’informatique quantique et ce qui peut être fait avec les ordinateurs classiques », déclare Tindall.

« Pour le moment, cette frontière est incroyablement floue. Je pense que notre travail contribue à clarifier un peu plus cette frontière. »