En 1982, le physicien Richard Feynman a proposé une idée simple : pour comprendre un système quantique, il faut construire un autre système quantique qui se comporte de la même manière. C'est ainsi qu'est né le simulateur quantique, un dispositif qui ne calcule pas des équations, mais les reproduit dans son propre comportement. De même qu'un planétarium mécanique fait tourner des engrenages pour montrer le mouvement des planètes, le simulateur fait tourner ses atomes pour montrer ce qui se passe à l'intérieur d'un supraconducteur.
Mais ici se cache un piège. On peut démonter un planétarium et vérifier chaque engrenage. Or un simulateur, construit à partir de particules quantiques, obéit lui-même aux mêmes règles étranges qu'il tente d'expliquer. Comment savoir s'il ne ment pas ? Les auteurs de l'article répondent : la simulation n'est pas une simple démonstration. C'est un pont entre le modèle et la réalité, et ce pont doit être éprouvé.
Pour mettre de l'ordre dans les concepts, les auteurs introduisent un critère simple. Un dispositif est considéré comme classique si son état peut être décrit sans « intrications » quantiques entre les particules, c'est-à-dire comme une liste de probabilités plutôt que comme un tout unifié. Selon ce critère, même un condensat de Bose, où des milliers d'atomes fusionnent en une seule onde, peut s'avérer être un simulateur classique, s'il fonctionne en régime de condensation. Mais dès qu'on utilise ses excitations, il devient quantique. Tout dépend de la partie de son comportement que le dispositif consacre au modèle.
La confiance accordée à un simulateur n'est pas une propriété objective, mais le résultat d'un processus de falsification : des tests, des comparaisons et une accumulation progressive de certitude. De même qu'on fait confiance à un pont après que des milliers de camions l'ont emprunté, on fait confiance à un simulateur après que ses prédictions ont coïncidé avec la réalité dans des milliers de cas.
À l'avenir, lorsque les simulateurs commenceront à surpasser les ordinateurs classiques dans des problèmes sans solutions exactes, le problème de la vérification deviendra central. Les efforts se déplaceront de la démonstration de contrôle vers le développement de méthodes pour établir la confiance : rechercher des régimes où les résultats sont sensibles aux erreurs, et comprendre quelles quantités peuvent être simulées de manière fiable. Le pont entre le modèle et la réalité devra être éprouvé à chaque fois.
Le terme « simulateur quantique » est souvent attribué à Richard Feynman, qui a suggéré en 1982 que les systèmes quantiques sont mieux modélisés par des dispositifs quantiques. Cependant, l'idée même d'utiliser un système physique pour en étudier un autre remonte aux anciens modèles mécaniques des corps célestes.