Publié le 10 février 2026 à 02h00. Des chercheurs ont mis au point une nouvelle méthode de simulation quantique qui pourrait accélérer le développement de technologies quantiques plus performantes, en réduisant considérablement les erreurs de calcul lors de la modélisation de systèmes complexes.
- Une nouvelle approche basée sur les états de produits matriciels (MPS) permet de simuler plus efficacement les systèmes quantiques à N corps.
- Cette méthode améliore la précision des simulations en utilisant une technique de quadrature d’ordre élevé, réduisant l’erreur moyenne jusqu’à un facteur de 1 000.
- Les simulations ont été validées sur des centres de couleur à lacunes d’azote dans le diamant, des matériaux prometteurs pour les registres quantiques.
La simulation de systèmes quantiques à N corps représente un défi majeur pour les scientifiques, en raison de la complexité informatique qui croît de manière exponentielle avec la taille du système. Une équipe de chercheurs, composée de Belal Abouraya (Université allemande du Caire), Jirawat Saiphet (Université de Tübingen) et Fedor Jelezko et ses collaborateurs, a développé une nouvelle approche pour optimiser les états de produits matriciels (MPS), une technique clé pour la modélisation des systèmes quantiques unidimensionnels.
L’innovation réside dans l’utilisation d’un hamiltonien moyen, calculé grâce à une règle de quadrature d’ordre élevé, en remplacement de l’hamiltonien instantané utilisé dans les méthodes conventionnelles. Cette technique, inspirée des méthodes d’intégration numérique classiques comme la règle de Simpson, permet une approximation plus précise de l’évolution temporelle des systèmes quantiques. L’avantage majeur est une convergence du second ordre, une amélioration significative par rapport aux méthodes standard qui n’atteignent qu’une convergence du premier ordre.
Les chercheurs ont démontré l’efficacité de leur méthode en simulant la dynamique de centres de couleur à lacunes d’azote (NV) dans le diamant. Ces matériaux présentent des propriétés physiques remarquables et sont considérés comme des candidats prometteurs pour la construction de registres quantiques et de capteurs fonctionnant à température ambiante. Les simulations ont révélé une réduction de l’erreur moyenne d’un facteur d’environ 1 000 pour les systèmes comportant quelques centres NV, et une amélioration constante de l’erreur moyenne, atteignant un facteur d’environ 50 pour des systèmes plus grands.
L’implémentation de cette nouvelle méthode est facilitée par le fait qu’elle nécessite des modifications minimes des bibliothèques numériques de réseaux tensoriels existantes, ce qui permet une adoption rapide et généralisée. Les résultats de cette recherche ouvrent la voie à des simulations plus précises et plus évolutives de systèmes quantiques complexes, contribuant ainsi au développement de technologies quantiques pratiques et performantes. Les chercheurs soulignent que la méthode repose sur l’existence et la limitation des quatre premières dérivées de l’hamiltonien.
Des simulations numériques ont été réalisées avec des paramètres spécifiques, notamment un paramètre de couplage g(3) de 53 kHz et g(N) de 100 kHz, ainsi que des paramètres de champ magnétique B(3) z,1 de 42,82 G, B(3) z,2 de 88,31 G et B(3) z,3 de 82,88 G. Les fréquences de résonance ont été réglées sur ω(3) de 2,797 GHz et ω(N) de 2,75 GHz, avec une valeur gamma e de -28,025 GHz/T et une valeur zêta de 0, et une valeur Di de 2,87 GHz. L’étude a utilisé le solveur numérique sesolve de la bibliothèque QuTiP Python, maintenant les erreurs absolues et relatives maximales de 10-12 et 10-10 respectivement pour garantir des estimations précises des erreurs.