Voir l'invisible par simulateur

2014/04/29 Lakar Iraizoz, Oihane - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

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Un travail réalisé dans le département de chimie physique de l'UPV a permis de développer des simulateurs quantiques qui simulent avec précision le comportement de complexes systèmes physiques (molécules chimiques ou particules relativistes). Ils ont décrit la stabilité des atomes et des molécules, la réactivité des composés chimiques et le résultat de l'interaction entre rayonnement et matière, entre autres.

Toutes ces situations constituent la base de notre monde physique et ne peuvent pas apparaître dans le domaine de la physique classique. « Les processus physiques qui se produisent au niveau quantique sont dus à des modèles mathématiques très sophistiqués qui ne peuvent être étudiés avec des ordinateurs actuels en raison de leurs limitations de calcul », explique le docteur Jorge Casanova, chercheur au département de chimie physique de l’UPV. Les chercheurs de l'UPV ont utilisé les simulateurs quantiques comme solution à la limitation de calcul, capables de recréer la dynamique d'un système physique donné, dépassant les limites des ordinateurs traditionnels.

Fondamentalement, le fonctionnement de ces systèmes consiste à isoler les atomes isolés dans un milieu contrôlé pour éviter les interférences avec l'environnement. Ensuite, à travers les lasers, diverses opérations sont effectuées, comme exciter ou désactiver les électrons de ces atomes. « De cette façon, nous avons réussi à agir comme le système que nous voulons étudier », explique Casanova.

Pendant l'étude, des protocoles de simulation quantique ont été conçus pour différentes situations physiques. Par exemple, ils ont construit un simulateur de systèmes relativistes pour simuler des particules qui se déplacent à la vitesse de la lumière, «agissant comme si les ions immobiles étaient en mouvement à la vitesse de la lumière». Des simulateurs de fermions et des systèmes de bosons en interaction ont également été proposés. « Cette étape est très importante, explique Casanova, car ce sont deux types de particules dans la nature » : dans les atomes, par exemple, les électrons sont des fermions, et les bosons, des protons et des neutrons, ou des photons. « Nous connaissons bien les équations qui décrivent la dynamique de ces systèmes, mais nous ne pouvons pas les résoudre parce qu’elles sont très complexes », affirme-t-il.

Les informations fournies par les simulateurs sont « très intéressantes » du point de vue technologique, selon Casanova. Bien qu’ils soient encore à ses débuts, « je crois qu’en 5-10 ans nous pourrons développer des molécules spécifiques de certains processus comme l’absorption d’énergie solaire, ainsi que la conception de matériaux et de médicaments. Lorsque nous arrivons à comprendre des systèmes complexes, nous pourrons prédire comment ils vont agir et concevoir une nouvelle technologie basée sur cette connaissance ».