Des chercheurs de l'entreprise de calcul quantique Quantinuum ont utilisé leur nouvelle machine Helios-1 pour exécuter la plus grande simulation quantique à ce jour du modèle Fermi-Hubbard, un cadre central pour comprendre la supraconductivité. L'expérience a impliqué 36 fermions et a démontré l'appariement de particules déclenché par un pulse laser. Cette avancée met en lumière le potentiel des ordinateurs quantiques en science des matériaux, bien que des défis persistent.
Les supraconducteurs, qui conduisent l'électricité avec une efficacité parfaite, ne fonctionnent actuellement qu'à des températures très basses, limitant leur utilisation pratique. Les physiciens cherchent depuis longtemps des moyens d'activer la supraconductivité à température ambiante, se tournant souvent vers le modèle Fermi-Hubbard —un cadre mathématique datant des années 1960— pour des insights. Comme le note Henrik Dreyer de Quantinuum, ce modèle est "l'un des plus importants dans toute la physique de la matière condensée".
Les ordinateurs conventionnels peuvent simuler le modèle efficacement à petite échelle, mais peinent avec des échantillons plus grands ou des changements dynamiques au fil du temps. Pour y remédier, Dreyer et ses collègues ont utilisé Helios-1, un ordinateur quantique avec 98 qubits faits d'ions de baryum, manipulés par des lasers et des champs électromagnétiques. Dans leur expérience, ils ont simulé 36 fermions —particules centrales des supraconducteurs— et ont initié l'appariement en appliquant un pulse laser aux qubits. Les mesures ont révélé des signes de cet appariement, capturant un processus dynamique difficile pour les méthodes classiques au-delà de quelques particules.
La simulation a pris quelques heures sur Helios-1, tandis que les approches classiques ont donné des résultats peu fiables ou des temps indéfiniment longs. "Pour les méthodes que nous avons essayées, il était impossible d'obtenir les mêmes résultats de manière fiable ; nous regardions quelques heures sur un ordinateur quantique et un grand point d'interrogation du côté classique", a déclaré Dreyer. La fiabilité d'Helios-1 provient de ses qubits, qui lors de tests ont maintenu 94 qubits résistants aux erreurs liés par un enchevêtrement quantique —un record dans le domaine.
Les experts saluent le travail mais appellent à la prudence. Eduardo Ibarra García Padilla du Harvey Mudd College qualifie les résultats de prometteurs mais nécessitant un benchmarking contre les meilleures simulations classiques. Steve White de l'Université de Californie, Irvine, voit les outils quantiques comme potentiellement complémentaires pour étudier les comportements dynamiques des matériaux, bien que des barrières en stade précoce persistent. "Ils sont en voie de devenir des outils de simulation utiles en physique de la matière condensée", a dit White, "mais ils en sont encore aux premiers stades".
L'étude, détaillée sur arXiv (DOI: 10.48550/arXiv.2511.02125), marque un progrès vers des avantages quantiques dans l'élucidation de la supraconductivité.