Des chercheurs créent de nouvelles formes exotiques de matière qui ne devraient pas exister
La technologie quantique est largement considérée comme capable de transformer le traitement de grandes et complexes quantités de données. Bien qu’elle soit actuellement principalement utilisée dans des laboratoires et des environnements de recherche, ce domaine progresse vers des applications concrètes dans divers secteurs industriels.
Dans une étude récente explorant les fondements de la physique quantique, des chercheurs ont examiné le comportement de la matière à des échelles extrêmement petites, notamment les atomes, les électrons et les photons. Menée par Ian Powell, chargé de cours au département de physique de Cal Poly, cette recherche s’est concentrée sur la manière dont la variation d’un champ magnétique au fil du temps peut amener la matière à présenter des propriétés inhabituelles et jusqu’alors invisibles.
Powell et le chercheur étudiant Louis Buchalter, qui a obtenu son diplôme de physique à Cal Poly en 2025, ont publié leurs résultats dans la revue Physical Review B dans un article intitulé « Flux-Switching Floquet Engineering ». Leur recherche démontre que lorsque les champs magnétiques sont modifiés de manière contrôlée et dépendante du temps, ils peuvent générer des états quantiques qui n’existent pas dans des matériaux qui demeurent inchangés au fil du temps.
Powell a déclaré : « D’un point de vue global, je décrirais cela comme une avancée dans notre compréhension de la manière dont le contrôle dépendant du temps peut créer et organiser de nouvelles formes de matière quantique. L’idée centrale est que les propriétés quantiques utiles peuvent dépendre non seulement de ce qu’est un matériau, mais aussi de la manière dont il est entraîné dans le temps. »
En appliquant soigneusement les champs magnétiques, les scientifiques peuvent concevoir des systèmes quantiques avec des propriétés plus stables et moins vulnérables au « bruit » ou aux imperfections, qui constituent un défi majeur dans la technologie quantique, entraînant souvent des erreurs dans les calculs ou la performance des systèmes.
Powell a noté que, bien que les détails techniques puissent être difficiles à expliquer en dehors du domaine, le concept général est clair : les résultats suggèrent de nouvelles façons de créer et d’étudier ces états quantiques inhabituels dans des environnements contrôlés, tels que les expériences avec des atomes ultrafroids.
Il a ajouté que la pertinence industrielle la plus directe de cette étude concerne l’informatique quantique et la simulation quantique, plutôt qu’un secteur d’utilisation spécifique à ce stade. Les impacts éventuels sur des domaines tels que la pharmacie, la finance, la fabrication ou l’aérospatiale seraient probablement indirects, contribuant au développement à long terme de meilleures technologies quantiques.
L’étude a également identifié un principe mathématique d’organisation qui reflète des motifs typiquement trouvés dans des systèmes quantiques de dimensions supérieures, suggérant que des systèmes relativement simples, soumis à des conditions changeantes, pourraient offrir de nouvelles voies d’exploration pour la physique quantique complexe.
Les champs magnétiques jouent un rôle central dans ce processus, étant couramment utilisés pour contrôler et mesurer les bits quantiques (ou qubits), les unités fondamentales de l’information quantique. Les qubits sont comparables aux unités de 0 et 1 dans l’informatique classique.
Pour Buchalter, participer à cette étude a fourni un aperçu précieux du processus de recherche et de la communication scientifique. Il a exprimé son intérêt pour le développement futur de la matière quantique et son application dans des dispositifs électroniques et photoniques.
Cette recherche ouvre la voie à des avancées potentielles dans le domaine de l’informatique et de la simulation quantiques, tout en soulignant l’importance croissante du contrôle quantique dans le traitement des données.
Source : Physical Review B
