Monopôles magnétiques sur glace quantique express
Les monopôles magnétiques sont comme des moitiés d'aimant qui ne peuvent pas exister seules dans un matériau ordinaire. Mais dans la glace de spin, ils apparaissent par paires, reliés par un fil invisible — la corde de Dirac. Auparavant, de tels monopôles n'avaient été observés que dans des systèmes artificiels à température ambiante, mais leur mouvement quantique restait une énigme.
Désormais, des chercheurs ont pris un recuit quantique — une machine qui résout des problèmes en trouvant des minima d'énergie — et l'ont transformé en une glace de spin carrée programmable. Chaque qubit est devenu un petit aimant, et les couplages entre eux ont été ajustés pour reproduire l'interaction dipolaire. On a obtenu un réseau de plus de 400 sommets, où les monopôles pouvaient se déplacer librement.
Ce résultat montre que les recuits quantiques ne se contentent pas de résoudre des problèmes d'optimisation ; ils peuvent aussi servir de laboratoire pour étudier des quasiparticules exotiques. À terme, cela pourrait aider à comprendre comment naissent les phénomènes quantiques collectifs dans les matériaux complexes.
La glace de spin doit son nom à la similitude entre l'arrangement des spins et la position des protons dans la glace d'eau : là aussi, une frustration géométrique empêche toutes les paires d'interactions d'être satisfaites simultanément.
Dans le roman de Greg Egan, « L'Échelle de Schild », des physiciens créent une nouvelle phase du vide où apparaissent des monopôles et des particules exotiques — un peu comme la glace de spin quantique programmable, mais à l'échelle cosmique.