La physique du LHC simulée sur ordinateur quantique

Actualité>LaphysiqueduLHCsimuléesurordinateurquantique Futura-Sciences
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simulee-ordinateur-quantique-63288/
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LaphysiqueduLHCsimuléesurordinateurquantique
EnmariantlesidéesdedeuxcélèbresprixNobeldephysique,RichardFeynmanetKennethWilson,un
groupedephysiciensexplorelasimulationdesphénomènesdelaphysiquedesparticulesàl'aided'un
calculateur quantique. Première victoire : la création virtuelle de paires de particule et d'antiparticule
danslecadredel'électrodynamiquequantique.
En1965,peuaprèsêtredevenulauréatduprixNobeldephysiqueavecTomonagaetSchwinger,Richard
FeynmanestvenufaireuneconférenceauCern.Audébutdesannées1980,ilacommencéàréfléchirsur
lesordinateursquantiquesetleurusagepoursimulerlesphénomènesphysiques,commeceuxquel'on
étudieauLHC.©Cern
Un groupe de physiciens de l’université d’Innsbruck et de l’institut d’optique quantique et d’information quantique
(IQOQI, pourInstitute for Quantum Optics and Quantum Informat ion) vient de publier dans le journalNature un
article qui aurait sans aucun doute retenu l’attention du prix Nobel de physiqueRichard Feynman. Comme les
chercheursl’expliquentdansl’articleenlibreaccèssurarXiv,ilssontparvenusàutiliseruncalculateurquantiqueà
based’ions piégés pour simuler l’électrodynamique quantique dans ununivers en deux dimensions, une d’espace
plus une de temps. Ils ont plus précisément réussi à simuler la création d’une paire d’électron et depositron à
partird’unefluctuationduvidequantique.
Le25/06/2016à15:37-
LaurentSacco,Futura-Sciences

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Cerisesurlegâteau,enplusdesimulerunprocessusobservableauLHC,lesphysicienspeuventaussianalyserle
comportementdecesparticulesquidépenddeleurintricationquantique, unphénomènequ'ilest difficiled'étudier
avec  un ac célérateur de particules. Bien sûr, rien ne remplac e des données expérimentales direc tes mais pouvoir
contrôlerlesparamètresd’unesimulationouvrelaporteàladécouvertedephénomènesqualitativementnouveaux,
difficilesàsurprendreetmêmeàdeviner.
LesidéesdeRichardFeynmansurlasimulationdesphénomènesphysiquesavecdesordinateursetdes
simulateursquantiquessontcertainementlefruitdel'extraordinairecuriositéetcréativitéintellectuelles
qu'avaitcegéniedelaphysique.Onpeutenavoiruneidéeaveccettetraductiond'unevidéomiseenligne
danslecadreduprojet"TheFeynmanSeries",liéauprojet"TheSaganSeries"visantàpromouvoir
l'éducationscientifiquepourlegrandpublic.©Bergalion,YouTube
Lesthéoriesdejaugesurréseauavecunsimulateurquantique
LaperformanceréaliséeparlesphysiciensregroupésenAutricheautourdeRainerBlattetPeterZollers’inscriten
fait dansuncadreplus large,àl’intersectiondesidées queRichardFeynmanaexposéesen1982dansunarticle
pionnier dans le domaine desordinateurs quantiques (intituléSimulating physics with computers) et celle d'un
autreprixNobeldephysique,KennethWilson.
Au cours des années 1970, l’essor dumodèle standard s’est appuyé sur une classe de théories quantiques des
champs, celle desthéories dejauge. Elle fait souvent usage d’équations non-linéaires possédant desgroupes de
symétrie.Or,commedanslarelativitégénérale,quiestuneclasseparticulièredethéoriedejauge,lanon-linéarité
de ces équations les rend difficiles à résoudre dans beaucoup de situations physiques intéressantes. Le même
problèmeexisteenmécaniquedesfluidesoùlessolutionstrouvéesontconsistésoitàétudierdesécoulementsde
maquettesd’objetsensoufflerie,soitàmobiliserdesordinateurs.Danscederniercas,ilfautdiscrétiserl’évolution
desgrandeursphysiquesdansl’espaceetletemps,commesicetteévolutionseproduisaitsurunréseaucristallin.
Kenneth Wilson a ainsi développé les « théories de jauge sur réseau ». Elles ont eu certains succès, comme de
permettre le calculab initio, à partir des équations de lachromodynamique quantique (la QCD), de lamasse du
protonetdecelleduneutron.
Feynman, de son côté, a exploré l’idée d’utiliser des systèmes eux-mêmes quantiques pour simuler d’autres
systèmesquantiquesetplusgénéralementréaliserdesordinateursquantiquesuniversels.
Dans cet article deNature, les physiciens explorent le début d’une nouvelle approche qui à terme permettraient
unesimulationquantiquesurréseaudeséquationsdumodèlestandard,etpourquoipas,peut-êtredansunavenir

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pluslointain,delagravitationquantiqueelle-même.
En l’occurrence, il n’est pour le moment possible que d’utiliser un petit nombre dequbits portés par desions
calcium (quatre pour être précis) et ce pour simuler un processus dépendant du temps dans la plus simple des
théoriesdejaugedumodèlestandard,celledel’électrodynamiquequantiquedeFeynman,TomonagaetSchwinger
Àdécouvrirenvidéoautourdecesujet: