Ce “laser de Fibonacci” est capable de “créer” une nouvelle dimension

Des chercheurs du Flatiron Institute du Center for Computational Quantum Physics de New York ont découvert un effet étonnant en bombardant de la matière avec des pulsation laser à très haute fréquence – et en organisant le motif des pulsations autour d’une suite de Fibonacci : comme ils l’expliquent dans leur étude publiée le 20 juillet dans le prestigieux journal Nature, est apparue alors une phase étrange – et entièrement nouvelle – de la matière, qui semble obéir simultanément à deux dimensions temporelles.

Pour cela, ils ont dirigé leur laser vers 10 ions de Ytterbium dans un processeur quantique – et utilisé les fameuses pulsations au rythme particulier. Au départ, les chercheurs ne pensaient pas découvrir un tel effet. Leurs travaux consistaient en effet à trouver plus prosaïquement une nouvelle phase de la matière distincte des états liquide, solide. gazeux et plasma.

Créer une nouvelle dimension avec un laser et une suite de Fibonacci

L’expérience s’est déroulée dans un Quantinuum’s H1, un processeur quantique commercial contenant 10 atomes de Ytterbium, lui même placé dans une chambre vide cryogénique et contrôlé par des lasers. Contrairement aux ordinateurs conventionnels qui fonctionnent sur la base du calcul binaire (ouvert/fermé, allumé/éteint, 0/1…), les ordinateurs quantiques utilisent des qubits, qui peuvent avoir des états superposés. Cet effet est à la base de l’informatique quantique.

Le problème c’est qu’il est très difficile de maintenir le système dans l’état de cohérence quantique requis. Les atomes finissent même bien isolés à interagir avec l’extérieur, voire entre eux. Ce qui cause la décohérence du système – qu’il faut recalibrer périodiquement. C’est entre autres pour éviter cela que les chercheurs voulaient contrôler l’état de la matière autrement qu’en abaissant seulement la température et la pression de la cuve.

Ils espéraient ainsi sortir de la symétrie physique de la matière en changeant la phase topographique au moyen de pulsations laser. La phase topographique étant le mouvement caractéristique des ions, lié à leur état intrinsèque, et permettant de réaliser la mesure. En utilisant des pulsations régulières, toutes leurs expériences initiales ont échoué. Et c’est lorsqu’ils ont commencé à tester des motifs rythmiques – en particulier une séquence de Fibonacci – que le phénomène le plus fascinant s’est manifesté.

Une suite de Fibonacci est une séquence générée en ajoutant les deux nombres des séquences précédentes. Par exemple : 0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144… etc. En l’espèce, les chercheurs ont utilisé deux faisceaux lasers que nous appellerons A et B pour réaliser une séquence ressemblant à celle-ci : A, AB, ABA, ABAAB, ABAABABA… etc. En bombardant l’échantillon avec cette séquence, une nouvelle symétrie temporelle – qui un peu à la manière d’un quasi-cristal qui fait preuve d’ordre sans se répéter – est apparue.

Les chercheurs expliquent : “le système obtient dès lors une symétrie extra à partir d’une dimension temporelle qui n’existe pas”. Tout se passe en effet comme si les ions de Ytterbium obéissaient à deux dimensions temporelles à la fois. Or, au-delà de la curiosité scientifique, cette découverte pourrait avoir des implications majeures pour accélérer le développement de l’informatique quantique :

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“Grâce à cette séquence quasi-périodique, il y a une évolution compliquée qui permet d’annuler toutes les erreurs à la marge. Grâce à cela, même la marge reste cohérente en termes de mécanique quantique, et cela bien plus longtemps que ce que l’on constate jusqu’ici”. Comme on vous le disait plus haut, le plus gros problème de l’informatique quantique actuelle est celui de la décohérence, et la découverte de ces pulsations laser rythmées peut donc permettre un vrai bond en avant.

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