Révolution quantique : un seul atome simule des molécules complexes
21 mai 2025 – Une équipe de chercheurs a réalisé une percée majeure en utilisant un seul atome comme ordinateur quantique pour simuler avec précision le comportement de molécules organiques sous l'effet de la lumière. Cette approche minimaliste pourrait accélérer l'avènement de l'avantage quantique en chimie computationnelle.
L'expérience, menée à l'Université de Sydney et publiée le 14 mai dans le Journal of the American Chemical Society, représente une première mondiale. « L'avantage clé de cette méthode réside dans son incroyable efficacité matérielle », explique Ting Rei Tan, physicien quantique expérimental et auteur principal de l'étude.
L'équipe a simulé trois molécules organiques (allène, butatriène et pyrazine) lorsqu'elles absorbent un photon. Ce processus déclenche des changements complexes dans les états électroniques et les vibrations moléculaires – des phénomènes cruciaux pour concevoir des matériaux innovants comme les panneaux solaires ou les écrans solaires.
Le système ingénieux utilise un seul ion d'ytterbium piégé dans le vide. Les états électroniques excités de la molécule sont encodés dans l'électron de l'ion, tandis que les vibrations moléculaires sont reproduites par le mouvement de l'ion dans deux directions distinctes. Des impulsions laser permettent de contrôler les interactions entre ces états quantiques.
« C'est un tour de force qui restera dans les annales », s'enthousiasme Alán Aspuru-Guzik, chimiste computationnel à l'Université de Toronto. Contrairement aux simulations classiques qui peinent au-delà de 20 modes vibratoires, cette méthode quantique offre une solution évolutive.
Kenneth Brown, ingénieur quantique à l'Université Duke, salue cette « excellente étude » qui démontre pour la première fois comment adapter précisément un système quantique pour imiter des molécules spécifiques. Selon les chercheurs, quelques dizaines d'ions pourraient suffire pour des simulations chimiques utiles, bien en deçà des millions de qubits initialement envisagés.
Cette avancée ouvre la voie à la modélisation quantique de molécules complexes, un graal pour le développement de nouveaux matériaux et médicaments. Les résultats correspondent parfaitement aux données expérimentales connues, validant ainsi cette approche prometteuse.
Article reproduit avec l'autorisation de Nature, première publication le 16 mai 2025.
