Les scientifiques ont prouvé que même les ordinateurs quantiques avancés pourraient échouer à identifier certaines phases quantiques exotiques de la matière, la décrivant comme un 'scénario de cauchemar'. Cette découverte met en lumière des limites potentielles dans le calcul quantique malgré ses promesses. La recherche, menée par Thomas Schuster au Caltech, relie la science de l'information quantique aux fondamentaux de la physique.
Les ordinateurs quantiques promettent de résoudre des problèmes complexes plus rapidement que les machines classiques, mais une nouvelle étude révèle des scénarios où ils pourraient échouer de manière spectaculaire. Thomas Schuster à l'Institut de Technologie de Californie et ses collègues ont analysé mathématiquement une tâche où un ordinateur quantique reçoit des mesures d'un état quantique et doit en déterminer la phase. Pour les matériaux quotidiens comme l'eau, distinguer les phases telles que solide ou liquide est simple. Cependant, pour les phases quantiques exotiques — parentes de la glace et de l'eau qui incluent des phases 'topologiques' avec des courants électriques inhabituels — le calcul devient impossibles à exiger.
L'équipe a prouvé que dans ces cas, un ordinateur quantique pourrait nécessiter des milliards ou des trillions d'années pour achever le calcul, comparable à une expérience exécutant un instrument pendant des éons. Schuster décrit cela comme un 'scénario de cauchemar qui serait très mauvais s'il apparaissait. Il n'apparaît probablement pas, mais nous devrions mieux le comprendre.' Il souligne que de telles phases sont improbables dans des expériences réelles avec des matériaux ou des dispositifs quantiques, positionnant le travail comme un diagnostic des lacunes dans la théorie du calcul quantique plutôt qu'un obstacle pratique.
Bill Fefferman à l'Université de Chicago voit cela comme une perspective plus large : 'Cela pourrait dire quelque chose sur les limites du calcul en général, que malgré l'obtention d'accélérations dramatiques pour certaines tâches spécifiques, il y aura toujours des tâches qui restent trop difficiles même pour des ordinateurs quantiques efficaces.' L'étude relie la science de l'information quantique, utilisée en cryptographie, à la physique fondamentale de la matière, potentiellement avançant les deux domaines. À l'avenir, les chercheurs prévoient d'examiner des phases quantiques plus énergétiques et excitées, qui posent des défis computationnels encore plus grands.
Les résultats sont détaillés dans un preprint sur arXiv (DOI : 10.48550/arXiv.2510.08503).