Un physicien de l'UdeS découvre une nouvelle application à l'ordinateur quantique

Une découverte d'un professeur de la Faculté des sciences de l'Université de Sherbrooke ouvre de nouvelles applications à l'ordinateur quantique. Un programme d'informatique quantique permettra de simuler le fonctionnement quantique des matériaux, selon un article publié aujourd'hui dans Physical Review Letters, la principale revue internationale en physique.

Jusqu'à présent, les spécialistes de l'informatique quantique ont démontré qu'on pourrait surtout utiliser le futur ordinateur quantique en cryptographie, domaine essentiel à la sûreté des informations communiquées par Internet par exemple. Les travaux de David Poulin, professeur au Département de physique de l'Université de Sherbrooke, et Pawel Wocjan de l'University of Central Florida ouvrent maintenant la porte à l'utilisation de l'ordinateur quantique pour prédire le fonctionnement de nouveaux matériaux grâce à la découverte d'un algorithme quantique.

« Notre algorithme est une sorte de programme qui permet de trouver l'état fondamental d'un système, nécessaire à la prédiction du comportement quantique d'un matériau par simulation numérique », précise le professeur David Poulin. Le comportement quantique se manifeste à l'échelle de l'infiniment petit et pour certaines propriétés du rayonnement électromagnétique. Ces simulations sur un ordinateur quantique pourraient notamment permettre d'étudier le comportement de molécules prometteuses pour la mise au point de nouveaux médicaments.

« Cet algorithme pourra servir à étudier n'importe quel système où la mécanique quantique joue un rôle. Ultimement, l'ordinateur quantique pourra reproduire tout ce qui existe dans la nature », renchérit le physicien.

Les auteurs de cette découverte réfutent par la même occasion une orientation adoptée par la majorité des scientifiques dans le domaine. « La plupart des chercheurs pensaient savoir comment réaliser ces calculs en combinant deux algorithmes existants. Nous avons montré que cette approche folklorique ne pouvait pas fonctionner et trouvé une solution élégante et assez simple au problème », affirme le professeur Poulin.  La découverte de nouvelles applications pour l'ordinateur quantique renforcera la motivation des chercheurs dans le domaine croit le spécialiste.  « Nos travaux contribuent à répondre à la question : que fera-t-on le jour où on aura enfin un véritable ordinateur quantique? »

Un jeu d'enfant avec un ordinateur quantique

Le professeur David Poulin devant le super ordinateur Mammouth Comparativement à un calcul classique, cet algorithme réduit de manière exponentielle la mémoire nécessaire aux opérations. « Notre super ordinateur Mammouth, l'un des ordinateurs classiques les plus puissants au Canada, arrive tout juste à simuler la dynamique d'une vingtaine de particules quantiques malgré ses térabytes et téraflops. La puissance de calcul nécessaire pour cent particules quantiques, ce qui est encore très loin de la réalité des matériaux, est impensable avec un ordinateur classique. Pourtant, cela deviendrait un jeu d'enfant pour un ordinateur quantique », explique David Poulin. L'accélération du calcul quantique n'est pas exponentielle, mais tout de même importante, nuance le chercheur. Pour améliorer cet aspect, le professeur Poulin pense simplifier le calcul pour l'appliquer aux systèmes quantiques connus, car leurs états fondamentaux possibles sont moins complexes que ceux pris en charge par son algorithme.

Diplômé au baccalauréat en physique de l'Université de Sherbrooke, David Poulin est un tout nouveau professeur recruté au California Institute of Technology, l'une des rares universités à l'origine de plus de 30 prix Nobel.