Le physicien Pouyan Ghaemi du City College de New York et son équipe de recherche revendiquent des progrès significatifs dans l’utilisation des ordinateurs quantiques pour étudier et prédire l’évolution de l’état d’un grand nombre de particules quantiques en interaction dans le temps. Cela a été fait en développant un algorithme quantique qu’ils exécutent sur un ordinateur quantique IBM. « Au meilleur de notre connaissance, un tel algorithme quantique particulier qui peut simuler l’évolution des particules quantiques en interaction au fil du temps n’a pas été mis en œuvre auparavant », a déclaré Ghaemi, professeur agrégé à la Division des sciences du CCNY.
Intitulée « Sonder les excitations géométriques des états Hall quantiques fractionnaires sur les ordinateurs quantiques », l’étude paraît dans la revue de Lettres d’examen physique.
« La mécanique quantique est connue pour être le mécanisme sous-jacent régissant les propriétés des particules élémentaires telles que les électrons », a déclaré Ghaemi. « Mais malheureusement, il n’y a pas de moyen facile d’utiliser les équations de la mécanique quantique lorsque nous voulons étudier les propriétés d’un grand nombre d’électrons qui exercent également une force les uns sur les autres en raison de leur charge électrique. »
La découverte de son équipe, cependant, change cela et soulève d’autres possibilités intéressantes.
« Sur l’autre front, récemment, il y a eu d’importants développements technologiques dans la construction des soi-disant ordinateurs quantiques. Ces nouvelles classes d’ordinateurs utilisent la loi de la mécanique quantique pour effectuer des calculs qui ne sont pas possibles avec les ordinateurs classiques. »
« Nous savons que lorsque les électrons d’un matériau interagissent fortement les uns avec les autres, des propriétés intéressantes telles que la supraconductivité à haute température peuvent émerger », a noté Ghaemi. « Notre algorithme informatique quantique ouvre une nouvelle voie pour étudier les propriétés des matériaux résultant de fortes interactions électron-électron. En conséquence, il peut potentiellement guider la recherche de matériaux utiles tels que les supraconducteurs à haute température. »
Il a ajouté que sur la base de leurs résultats, ils peuvent désormais envisager d’utiliser des ordinateurs quantiques pour étudier de nombreux autres phénomènes résultant d’une forte interaction entre les électrons dans les solides. « Il existe de nombreux phénomènes observés expérimentalement qui pourraient être potentiellement compris en utilisant le développement d’algorithmes quantiques similaires à celui que nous avons développé. »
Ammar Kirmani et al, Sonder les excitations géométriques des états Hall quantiques fractionnaires sur les ordinateurs quantiques, Lettres d’examen physique (2022). DOI : 10.1103/PhysRevLett.129.056801