Une équipe de Duke simule la création de matière du Big Bang sur un ordinateur quantique

Des chercheurs du Duke Quantum Center ont utilisé un simulateur quantique à ions piégés pour observer la dynamique de rupture de cordes, un processus lié à la création de matière dans les premiers instants suivant le Big Bang, dans une étude publiée mercredi dans Nature Physics.eurekalert+1

L'expérience émule un phénomène issu de la théorie quantique des champs dans lequel deux particules fondamentales confinées, reliées comme une corde tendue, sont étirées jusqu'à ce que l'énergie stockée soit suffisante pour produire spontanément de nouvelles paires particule-antiparticule. Dans la nature, ce processus nécessite des conditions extrêmes que l'on ne trouve que dans des installations comme le Grand collisionneur de hadrons ou au lendemain immédiat du Big Bang.eurekalert

Comment cela fonctionne

Pour recréer l'effet, l'équipe a encodé un modèle de rupture de cordes dans une chaîne de 13 ions piégés et a utilisé des faisceaux laser contrôlés avec précision pour ajuster les interactions entre eux, imitant l'étirement et la rupture de la connexion entre les charges confinées. En préparant le système dans un état hors équilibre et en suivant son évolution, les chercheurs ont observé l'émergence de charges effectives et reconstruit la dynamique résultante.phys+1

"Les simulations sur ordinateur quantique offrent la meilleure plateforme pour étudier des questions complexes comme la formation de la matière, à défaut d'avoir été témoin du Big Bang lui-même", a déclaré Christopher Monroe, professeur distingué de la famille Gilhuly en génie électrique et informatique et en physique à Duke ↘ 1.84%, qui a dirigé la recherche.eurekalert

Une référence sur trois plateformes

Les résultats de Duke rejoignent des conclusions similaires d'équipes dirigées par Google Alphabet Inc. ↘ 3.58% et QuEra Computing, qui ont simulé la rupture de cordes sur des plateformes à circuits supraconducteurs et à atomes neutres, respectivement. L'équipe de QuEra, travaillant avec l'Université d'Innsbruck et Harvard, a rapporté la première observation de rupture de cordes dans un simulateur quantique bidimensionnel dans un autre article de Nature l'année dernière. Une expérience supplémentaire menée par un groupe de l'Université des sciences et technologies de Chine a démontré le mécanisme sous-jacent à l'aide d'un réseau optique.pratt.duke+3

"Ce sont les trois plateformes qui mènent la charge dans l'informatique quantique, donc c'est une bonne référence et une comparaison utile pour la communauté quantique", a déclaré Monroe.eurekalert

Perspectives d'avenir

Les simulations sur ordinateur classique que l'équipe a effectuées parallèlement à l'expérience quantique ont confirmé sa précision, mais à mesure que la taille des problèmes augmente, seuls les ordinateurs quantiques seront capables de gérer les calculs. "En tant que physicienne, il est incroyablement excitant d'étudier les conditions de l'univers primitif dans une machine informatique à l'échelle atomique", a déclaré Zohreh Davoudi, professeure agrégée de physique à l'Université du Maryland et membre de l'équipe de recherche. "Même les plus légères connaissances issues d'un modèle physique hors équilibre nous guideront à l'avenir".phys+1