Un algorithme inspiré du quantique ouvre une voie express pour simuler des matériaux impossibles

Alors que simuler certains matériaux quantiques nécessite de manipuler des quantités d'informations trop importantes pour les supercalculateur les plus puissants, ce nouvel algorithme pourrait accélérer le développement des futurs ordinateurs quantiques.

Cette avancée a été décrite dans l'étude « Tensor Network Method for Real-Space Topology in Quasicrystal Chern Mosaics », publiée dans la revue Physical Review Letters.

Un défi hors de portée des supercalculateurs

L'algorithme mis au point par les chercheurs permettrait de traiter quasi instantanément un problème lié aux quasi-cristaux topologiques, des matériaux extrêmement complexes. Contrairement aux cristaux ordinaires, ils ne présentent pas de structure périodique régulière, tout en conservant certaines signatures ordonnées.

Cette combinaison d'ordre et d'irrégularité les rend fascinants, mais aussi à peu près impossibles à modéliser par les supercalculateurs. Or, ces quasi-cristaux intéressent les chercheurs, car ils pourraient servir de base à la conception de qubits plus robustes, plus stables et plus économes pour l’informatique quantique, en pouvant transporter des excitations quantiques non conventionnelles susceptibles de protéger la conductivité électrique contre les perturbations extérieures.

Les réseaux de tenseurs comme raccourci mathématique

Pour réussir à les modéliser, les chercheurs n'ont pas tenté de calculer directement chaque détail du matériau, comme ils l'auraient fait d'habitude. Ils ont reformulé le problème à l'aide de réseaux de tenseurs, une architecture mathématique utilisée pour représenter de grands espaces de calcul de façon plus compacte.

Cette approche permet d'encoder des systèmes gigantesques sans devoir stocker toutes les informations une par une. Concrètement, il s'agit de traiter le matériau comme un système quantique à N corps, c'est-à-dire un ensemble où un très grand nombre d'éléments interagissent simultanément. En exploitant cette représentation, l'algorithme obtient une accélération considérable par rapport aux méthodes conventionnelles.

Les applications potentielles restent cependant encore théoriques, puisque les résultats reposent sur des simulations. Il n'en reste pas moins que cette avancée prouve que les algorithmes inspirés du quantique peuvent aider à concevoir des qubits plus résistants aux perturbations, lesquels pourraient ensuite servir à bâtir de nouvelles générations d'ordinateurs quantiques.