Pasqal a annoncé mardi dernier que son processeur à atomes neutres de 256 qubits a observé un aimant quantique bidimensionnel dont la relaxation après perturbation dépasse les prédictions théoriques, sans revendiquer d’avantage quantique de calcul.
L’expérience a mobilisé 256 atomes de rubidium disposés sur un réseau carré de 16 par 16 afin de simuler le modèle d’Ising en champ transverse. Les chercheurs ont préparé les atomes dans un état entièrement polarisé, puis ont modifié brusquement le champ transverse, une manipulation appelée trempe, ou quench en anglais, et ont observé la relaxation du système.
Trois régimes de relaxation
Selon l’intensité du champ, le système a suivi l’une de trois trajectoires. Lorsque le champ et les interactions atomiques étaient d’intensité comparable, il s’est thermalisé rapidement. Sous champ fort, il est entré dans un état prethermique de longue durée, décrit par un modèle XY effectif. À champ intermédiaire, les corrélations ont évolué vers l’équilibre bien plus lentement que prévu.
Le preprint publié sur arXiv qualifie ce régime de transition de résultat « le plus inattendu ». Selon les auteurs, le ralentissement apparaît précisément là où les méthodes de réseaux de tenseurs les plus avancées perdent le contrôle aux temps longs.
Pasqal affirme ne pas encore pouvoir expliquer ce ralentissement. Parmi les causes possibles figurent l’invalidité de la description à champ fort et un ralentissement critique près de la transition thermique, selon Alexandre Dauphin, vice-président chargé des matériaux quantiques chez Pasqal.
Là où les méthodes classiques divergent
Des calculs par réseaux de tenseurs entièrement convergés ont reproduit quantitativement les données du processeur de 16 × 16 jusqu’à un temps adimensionné d’environ tJ ≈ 1. Des simulations exactes sur des réseaux plus petits, de 5 × 5, ont fait apparaître les trois régimes, y compris le régime lent, même en l’absence de bruit.
Plus tard dans le régime lent, les trois méthodes classiques ont fini par diverger. Leur désaccord entre elles est devenu aussi important que leur désaccord avec le processeur, tandis que les résultats du processeur sont restés cohérents d’une taille de système à l’autre. Pasqal indique que le bruit et la taille du système influencent encore le taux de relaxation mesuré.
Partenaires et contexte
Pasqal a mené l’étude avec le Flatiron Institute, l’université d’Augsbourg, le Forschungszentrum Jülich, l’université de Ratisbonne et l’Institut d’Optique-CNRS. Elle s’appuie sur un préprint publié plus tôt cette année, dans lequel le même processeur avait reproduit le comportement d’un véritable cristal magnétique, dans le cadre de travaux menés avec le MagLab et le Los Alamos National Laboratory.
« Nous ne nous contentons pas de reproduire ce que nous savons déjà : nous mettons au jour des comportements auxquels nous ne nous attendions pas », a déclaré Loïc Henriet, directeur technique de Pasqal.
Selon l’entreprise, Joseph Tindall, du Flatiron Institute, a affirmé que comparer les dispositifs quantiques à des simulations classiques est « bien plus utile que d’essayer simplement de prouver l’avantage quantique ».
