Les chercheurs ont réalisé un grand pas en avant dans la simulation quantique, en créant le simulateur le plus grand et le plus contrôlable à ce jour – baptisé Quantum Twins – capable de modéliser des matériaux complexes avec une précision sans précédent. Cette avancée pourrait accélérer la découverte de nouveaux matériaux aux propriétés révolutionnaires, notamment des supraconducteurs fonctionnant dans des conditions pratiques.
La puissance de la simulation quantique
Les ordinateurs quantiques promettent de résoudre des problèmes hors de portée des ordinateurs classiques. Les simulateurs quantiques adoptent une approche différente : au lieu de solutions informatiques, ils émulent directement les systèmes quantiques. Ceci est particulièrement précieux pour la science des matériaux, car de nombreuses propriétés des matériaux, comme la supraconductivité, résultent d’effets quantiques difficiles à calculer sur des ordinateurs classiques.
Les simulations traditionnelles ont du mal à gérer les grands systèmes et les interactions complexes. Les simulateurs quantiques contournent cette limitation en imitant directement le comportement des électrons dans les matériaux, offrant ainsi un raccourci vers la compréhension et la conception de matériaux exotiques.
Construire des jumeaux quantiques
Le simulateur Quantum Twins a été construit en intégrant des atomes de phosphore dans des puces de silicium. Chaque atome sert de qubit – l’unité fondamentale de l’information quantique – et les chercheurs ont précisément disposé ces qubits pour imiter la structure atomique des matériaux réels.
L’itération actuelle de Quantum Twins se compose de grilles contenant 15 000 qubits, surpassant les simulateurs précédents. L’équipe contrôle également les propriétés électroniques du matériau simulé en ajustant la facilité avec laquelle les électrons se déplacent ou interagissent au sein de la grille. Ce niveau de contrôle est essentiel pour une modélisation précise.
Premiers résultats et perspectives d’avenir
L’équipe a testé le simulateur en recréant un modèle bien connu de la manière dont les défauts affectent la conductivité électrique. Les résultats valident la capacité du simulateur à gérer des systèmes complexes qui défient les ordinateurs classiques.
Pour l’avenir, Quantum Twins est prêt à relever certains des plus grands défis de la science des matériaux :
- Supraconducteurs à température ambiante : Les supraconducteurs actuels nécessitent un froid ou une pression extrême. La simulation quantique pourrait aider à concevoir des matériaux supraconducteurs dans des conditions ambiantes, révolutionnant ainsi la transmission et le stockage de l’énergie.
- Découverte de médicaments et photosynthèse artificielle : La simulation des interfaces entre métaux et molécules pourrait accélérer le développement de nouveaux médicaments et de dispositifs de photosynthèse artificielle plus efficaces.
Pourquoi c’est important
La capacité de modéliser avec précision les matériaux au niveau quantique change la donne. Il ne s’agit pas seulement de calculs plus rapides ; il s’agit de concevoir des matériaux dotés de propriétés actuellement impossibles à obtenir. Cette avancée rapproche les chercheurs de l’ingénierie de matériaux dotés de propriétés sur mesure, résolvant potentiellement des défis majeurs dans les domaines de l’énergie, de la médecine et au-delà.
« L’échelle et la contrôlabilité que nous avons obtenues avec ces simulateurs signifient que nous sommes désormais prêts à résoudre des problèmes très intéressants », déclare Michelle Simmons, chercheuse principale du projet.
Cette évolution suggère un avenir dans lequel les matériaux seront conçus atome par atome, ouvrant ainsi la voie à des propriétés dont nous ne pouvons que rêver aujourd’hui.
