Alors que Google fait la promotion de sa nouvelle puce quantique Willow, des chercheurs ont mis en lumière une propriété intrigante des quarks top, qui pourrait avoir des implications importantes pour l’informatique quantique. Grâce au Grand collisionneur de hadrons (LHC), ils ont identifié une caractéristique unique baptisée « magie », qui reflète la complexité des phénomènes quantiques et leur modélisation par des ordinateurs classiques. Cette avancée pourrait jouer un rôle clé dans le développement des technologies quantiques.
Les quarks, particules élémentaires constituant les protons et neutrons (nucléons) avec les gluons, se répartissent en six saveurs distinctes : « up », « down », « charm », « strange », « bottom » et « top ». Parmi eux, le quark top se distingue par sa masse exceptionnelle de 172 GeV/c² (gigaélectronvolts par carré de vitesse de la lumière), qui en fait la particule élémentaire la plus lourde connue à ce jour. Cette caractéristique le rend extrêmement instable, se désintégrant en une infime fraction de seconde (5×10-25 secondes) avant même de former des hadrons. Ces spécificités compliquent son étude, mais en font aussi une clé pour explorer les frontières extrêmes de la physique.
En novembre dernier, des chercheurs ont approfondi l’observation des quarks top grâce au LHC. Composé d’un anneau de 27 kilomètres d’aimants supraconducteurs, cet accélérateur de particules propulse des particules à des vitesses proches de celle de la lumière, provoquant leur collision. Les détecteurs ATLAS et Compact Muon Solenoid (CMS) captent ensuite les données issues de ces interactions pour étudier la nature des particules subatomiques. Cette infrastructure a déjà permis des percées majeures, dont l’identification confirmée du boson de Higgs en 2012.
La « magie quantique » révélée dans les collisions au LHC
Lors d’une expérience menée par la collaboration ATLAS, les chercheurs ont découvert que, dans le plasma quark-gluon, le quark top agit comme un marqueur temporel. Cette découverte ouvre une nouvelle voie dans l’exploration de l’intérieur des hadrons. Les professeurs Martin White (Université d’Adélaïde) et Chris White (Université Queen Mary de Londres), frères jumeaux étant tous deux physiciens, ont approfondi l’étude des quarks top et identifié une propriété singulière baptisée « magie ».
Dans un contexte quantique, la magie représente la difficulté qu’éprouve un ordinateur classique à simuler un état quantique donné. Cette propriété pourrait s’avérer essentielle pour concevoir des ordinateurs quantiques viables. Cependant, les mécanismes permettant de générer et d’amplifier cette magie demeurent largement inexpliqués. « Notre travail explore la magie des quarks top, une propriété fondamentale pour évaluer leur aptitude à soutenir les progrès des processeurs quantiques », a déclaré Chris White dans un communiqué de l’Université Queen Mary.
L’étude de la magie : un pas vers un nouveau paradigme informatique
Dans un article publié dans la revue Physical Review D, les chercheurs expliquent que la magie varie selon la vitesse et la trajectoire des particules. Les détecteurs ATLAS et CMS ont permis d’étudier ces variations. « Plus la magie est grande, plus nous avons besoin d’ordinateurs quantiques pour en modéliser le comportement », souligne Martin White dans un communiqué de l’Université d’Adélaïde.
Chris White ajoute : « L’expérience ATLAS a déjà révélé des preuves d’intrication quantique. Désormais, nous montrons que le LHC permet d’observer des schémas plus complexes de comportement quantique, à des énergies sans précédent ». Alors que la recherche quantique traditionnelle s’est longtemps focalisée sur l’intrication, cette étude montre que la magie des quarks top joue un rôle complémentaire qui pourrait aider, à terme, à exploiter les capacités des processeurs quantiques. « Cette découverte ne se limite pas à l’étude des particules les plus lourdes ; elle ouvre des perspectives inédites en informatique quantique », conclut Martin White.
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