Une façon amusante de manipuler les atomes

Grâce à leur capacité à effectuer des calculs largement au-delà de la portée des superordinateurs classiques, les machines exploitant certains phénomènes de la physique quantique devraient changer la façon dont les problèmes complexes de notre monde sont résolus. Elles aideront les scientifiques à développer des cellules solaires et des médicaments plus efficaces, et auront même un impact sur l’intelligence artificielle. Cela est dû au fait que, contrairement aux ordinateurs actuels qui fonctionnent en manipulant des bits binaires qui peuvent se trouver dans un certain état parmi deux valeurs possibles, un 0 ou un 1, les ordinateurs quantiques utilisent des qubits, ou bits quantiques. Ces derniers représentent l’état d’un atome ou d’une particule élémentaire (comme le spin) et ont la capacité de stocker plusieurs valeurs à la fois, un phénomène qu’on appelle superposition.

De tels systèmes font intervenir la notion d’intrication quantique, qu’Albert Einstein a jadis qualifiée d’action fantomatique à distance. Ils ne peuvent pas être décrits indépendamment les uns des autres, quelle que soit la distance qui les sépare. Grâce à cette propriété d’intrication, les qubits individuels ont pu être liés les uns aux autres d’une façon leur permettant de détenir des informations sur le reste du registre. Cela permet aux ordinateurs quantiques de traiter les données simultanément plutôt que séquentiellement, et d’exécuter des algorithmes en un temps record. Générer une intrication et gérer les qubits constitue toutefois un véritable défi.

C’est là qu’intervient le projet RYSQ, financé par l’UE, qui a permis aux scientifiques d’améliorer considérablement leur compréhension des systèmes quantiques à plusieurs corps. Le projet a pris fin en 2018, mais une équipe de scientifiques, de développeurs de jeux, de concepteurs et d’artistes visuels basée à l’Université d’Aarhus, partenaire du projet, a récemment mis au point une méthode amusante pour enseigner la dynamique des systèmes complexes. L’équipe pense que son jeu et simulateur appelé Rydbergator pourrait être utile pour le domaine de l’informatique quantique.

Comment fonctionne-t-il?

Le jeu se concentre sur les atomes qui interagissent les uns avec les autres à grande distance. Comme on peut le voir sur le site web de l’équipe, le jeu se sert du modèle atomique du physicien danois Niels Bohr, où des électrons situés à l’intérieur des atomes peuvent passer d’un état à un autre. Il s’agit de l’état fondamental et de l’état excité. L’état fondamental fait référence au niveau d’énergie qu’un électron occupe normalement. Si on lui donne un supplément d’énergie, par exemple s’il absorbe un photon ou un paquet d’énergie, ou s’il entre en collision avec un atome ou une particule proche, un électron peut être excité.

Le même site web précise: «Le modèle prend en compte les études spectroscopiques du scientifique suédois Johannes Rydberg et révèle notamment que les électrons peuvent graviter à grande distance autour du noyau atomique, un peu à l’image des planètes extérieures du système solaire. Ces orbites sont appelées états de Rydberg, l’électron de l’atome étant placé sur une orbite éloignée du noyau ionique.» Lorsque cela se produit, même les électrons d’autres atomes éloignés sont affectés au niveau de leur mouvement, ce qui se traduit par des configurations complexes dans de grands ensembles d’atomes, en termes d’états atomiques fondamentaux et excités.

Le projet triennal RYSQ (Rydberg Quantum Simulators) a été mis en place pour profiter de la polyvalence des atomes de Rydberg afin d’aborder toute une série de simulations quantiques. Une vidéo présente les caractéristiques du jeu et invite le spectateur à l’explorer et à simuler l’excitation des atomes dans les états de Rydberg.

Pour plus d’informations, veuillez consulter: site web du projet RYSQ