Un projet porté par Denis Lacroix chercheur à l’IJCLab est lauréat des 80PRIME 2020
Distinction
Nucléaire et particules
La MITI (Mission pour les initiatives transverses et interdisciplinaires du CNRS) a sélectionné dans le cadre de l’appel à projet « 80 Prime », destiné à soutenir et renforcer l’interdisciplinarité entre les instituts du CNRS, un projet porté par Denis Lacroix, chercheur au Laboratoire de physique des deux infinis Irène Joliot-Curie (IJCLab – Université Paris-Saclay/CNRS).
Faire de la physique nucléaire avec les ordinateurs quantiques
C’est un grand saut dans l’inconnu, un pari sur l’avenir, un travail exploratoire comme on dit dans la recherche, mais c’est justement ce qui motive Denis Lacroix. Le physicien, spécialiste de la simulation des noyaux depuis plus de 20 ans et actuellement à l’IJCLab (1), en est convaincu, les ordinateurs quantiques sont en passe de révolutionner sa discipline et il ne veut pas rater le train. « Les machines quantiques ont un avantage incroyable comparées aux ordinateurs classiques, elles travaillent avec des ondes. Or c’est justement sous la forme d’ondes que les neutrons et protons des noyaux interagissent entre eux », souligne Denis Lacroix.
Simuler un noyau avec des qubits
En effet, il faut comprendre que l’ordinateur quantique se présente sous la forme d’un réseau de qubits, des systèmes physiques élémentaires que l’on amène dans un état quantique et dont il est possible de contrôler l’état et les interactions avec ses voisins. Simuler un noyau revient donc à représenter les particules élémentaires (quarks ou protons/neutrons) ainsi que les forces qui les lient par un ensemble de qubits et de tester ensuite le comportement global du réseau. Les ordinateurs classiques actuels ne permettent de traiter avec précision que des systèmes composés d’un petit nombre de particules, en général de l’ordre de 10-20. Les ordinateurs quantiques ont quant à eux le potentiel d’aller beaucoup plus loin. « Si l’on disposait d’un nombre illimité de qubits il serait en théorie possible de simuler des gros noyaux inaccessibles aux expérimentateurs », rêve Denis Lacroix.
Plus il y a de qubits, plus il y a de bruit
« Mais nous ne savons pas à l’heure qu’il est, ajoute-t-il, si le nombre de ces qubits pourra être augmenté au-delà des 50 réalisés par Google récemment. Plus il y en a et plus le système de contrôle et de mesure du réseau génère du bruit. Au point que toute mesure devient impossible. » C’est là que se situe le pari. Si aucune solution n’émerge pour endiguer ce bruit, il n’y aura pas de révolution. Mais les idées fourmillent et il y a bon espoir que la technologie évolue très vite. Il faut donc s’y préparer et le projet PRIME est une aubaine pour cela. Avec le concours des spécialistes de l’ordinateur quantique du LIP6 (2), Denis Lacroix va définir les méthodes de programmation qui permettront de simuler des noyaux sur un ordinateur quantique. Un thésard le rejoindra aussi, prochainement, avec un titre de thèse sans ambiguïté : « Description des noyaux atomiques par l'ordinateur quantique ».
- Unité mixte CNRS / Université Paris-Saclay / Université de Paris
- Laboratoire de recherche en informatique CNRS/Sorbonne Université
Le projet vise dans un premier temps à repenser la physique des noyaux et de leurs constituants de sorte à ce que leur description soit possible sur les ordinateurs quantiques actuels et futurs. Image IN2P3