En ce moment, l’informatique quantique franchit des caps importants, avec notamment sur le devant de la scène Google et son ordinateur quantique IBM équipé de la puce Sycamore. Récemment, l’entreprise l’a utilisé pour effectuer la plus grande simulation quantique de chimie jamais réalisée, en modélisant le comportement d’une longue chaîne d’atomes d’hydrogène.
La simulation des grandes molécules est l’une des principales applications scientifiques attendues des ordinateurs quantiques dans un avenir proche. Ces molécules sont difficiles à comprendre pleinement à l’aide d’ordinateurs classiques.
Le plus grand composé chimique que nous pouvons simuler avec précision avec un ordinateur classique est le pentacène, qui contient 22 atomes de carbone et 14 atomes d’hydrogène, explique Jamie Garcia de chez IBM. « Au fur et à mesure que les molécules grossissent, elles sortent très vite du domaine de ce que l’on peut simuler avec des ordinateurs classiques ».
Simulation quantique : une précision inaccessible avec l’informatique classique
Les ordinateurs quantiques utilisent des bits quantiques, ou qubits, qui exploitent les propriétés de la physique quantique pour effectuer des calculs. « Les atomes sont quantiques, l’ordinateur est quantique, nous utilisons le quantique pour simuler le quantique… », déclare Linghua Zhu de Virginia Tech, qui n’a pas participé aux travaux. « Lorsque nous utilisons des méthodes classiques, nous faisons toujours des approximations, mais avec un ordinateur quantique, il est possible de savoir exactement comment chaque atome interagit avec les autres ».
Jusqu’à présent, la plus grande molécule simulée avec un ordinateur quantique était l’hydrure de béryllium, qui contient un atome de béryllium et deux atomes d’hydrogène.
Simulation d’une chaîne de 12 atomes d’hydrogène
Mais lors de la conférence Q2B, qui a eu lieu en Californie le 10 décembre, le responsable des algorithmes quantiques de Google, Ryan Babbush, a annoncé que son équipe avait réussi à simuler une molécule beaucoup plus grande, une chaîne de 12 atomes d’hydrogène.
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« C’est un résultat qui nous enthousiasme, car il représente plus du double du nombre de qubits et du nombre d’électrons de toute simulation de chimie quantique antérieure, et avec le même niveau de précision », a déclaré Babbush.
L’équipe a utilisé le même ordinateur quantique, équipé de la puce Sycamore, récemment utilisé pour atteindre la suprématie quantique (impossible sur un ordinateur ordinaire). Cependant, dans le cas de cette simulation chimique, les qubits disponibles (soit 54) n’ont pas tous été exploités.
Bien que ce type de molécule d’hydrogène n’existe pas réellement dans la nature, les chaînes d’atomes d’hydrogène sont généralement simulées en chimie quantique car il s’agit de systèmes relativement simples qui sont faciles à augmenter, déclare Babbush.
Pour finir, il faut savoir que cette présente simulation n’est pas impossible à réaliser avec les meilleurs super-ordinateurs classiques (bien que la précision serait inférieure), mais elle démontre la puissance et la précision de l’ordinateur quantique de Google.
L’électron est une particule élémentaire qui, avec les protons et
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