Des états de particules magiques trouvés dans le plus grand accélérateur du monde
Lorsque les particules élémentaires les plus lourdes connues sont créées au LHC, il se produit un phénomène quantique appelé magie. Cet effet pourrait permettre de créer des ordinateurs quantiques tolérants aux pannes.
Les effets quantiques sont monnaie courante dans les accélérateurs de particules, mais la magie n'y a jamais été observée - jusqu'à présent. Deux chercheurs ont trouvé des preuves d'états dits magiques dans les données du plus puissant accélérateur, le LHC, près de Genève. C'est le nom donné à des phénomènes quantiques qui ne peuvent pas être simulés par des ordinateurs ordinaires. Ce concept issu de l'informatique quantique pourrait jouer un rôle important dans la création d'ordinateurs quantiques tolérants aux pannes.
Comme l'écrivent les physiciens Christopher et Martin White - des frères jumeaux dont le premier fait des recherches à l'Université de Londres en Angleterre et le second à l'Université d'Adélaïde en Australie - dans la revue "Physical Review D", ils ont voulu savoir si de tels états quantiques magiques apparaissaient également dans les expériences menées avec des accélérateurs. Concrètement, ils ont étudié la production de quarks supérieurs, les particules fondamentales les plus lourdes. "La nature produit-elle des quarks supérieurs magiques, et si ce n'est pas le cas, pourquoi ?", demandent-ils. La réponse à cette question pourrait aider à exploiter la magie dans les systèmes quantiques naturels également. Il est possible que cela révèle de nouveaux types d'expériences qui permettent de mieux comprendre le phénomène complexe et relativement peu étudié de l'informatique quantique.
Normalement, la physique quantique se concentre sur des effets connus depuis longtemps, comme l'intrication ou la superposition d'objets quantiques. La magie n'a attiré l'attention que dans le contexte des ordinateurs quantiques, notamment en raison d'une publication de septembre 2024 à laquelle a participé Christopher White. L'idée est la suivante : pour que les ordinateurs quantiques soient vraiment puissants, il ne suffit pas de placer les unités de calcul dans des états superposés et intriqués. Pour que les appareils surpassent les ordinateurs classiques dans leurs calculs, il faut d'autres propriétés quantiques qui, par exemple, les rendent moins vulnérables aux erreurs. Ces propriétés sont appelées magiques. Inversement, plus un système physique est magique, plus il est difficile à simuler avec un ordinateur classique. Le choix des mots peut sembler peu scientifique, mais d'un point de vue mathématique, la magie peut être traduite en formules concrètes.
C'est ce qu'ont fait les frères White en recherchant des collisions de particules dans lesquelles des états magiques pouvaient être détectés dans les expériences du LHC qui ont produit des quarks supérieurs. En fait, la magie disparaissait précisément lorsque l'intrication devenait maximale ou minimale pendant la production et la désintégration des quarks supérieurs. Les deux chercheurs espèrent maintenant que ce phénomène pourra être utilisé de différentes manières en physique. Ainsi, on pourrait rechercher dans les données des accélérateurs des effets au-delà du modèle standard si différentes théories font des prédictions différentes sur la magie. Si l'informatique quantique et la physique des particules peuvent être étudiées avec des méthodes issues de l'autre domaine, cela pourrait apporter de toutes nouvelles connaissances.
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