Un fluide qui contourne un obstacle génère des tourbillons et des ondes de choc. Décrire leur comportement revient à résoudre une équation non linéaire, où la vitesse de l'écoulement dépend d'elle-même. Les supercalculateurs classiques y passent des jours, tandis que les ordinateurs quantiques, jusqu'ici, n'étaient guère utilisés : leur langage naturel est celui des opérations linéaires, or un fluide est « non linéaire » par nature.
Les auteurs de cette nouvelle étude ont trouvé une voie détournée. Ils ont encodé l'écoulement du fluide dans un ensemble de paramètres d'un circuit quantique, puis ont laissé l'ordinateur ajuster lui-même ces paramètres pour que le résultat corresponde à la physique réelle. Cette approche est hybride : une partie des calculs est effectuée par un ordinateur classique, l'autre par un processeur quantique. Pour la première fois, sur un processeur quantique, on a pu suivre l'évolution temporelle de l'écoulement, y compris des régimes avec un nombre de Reynolds d'environ 100 — c'est déjà une turbulence notable.
Pour surmonter le bruit du matériel quantique, les physiciens ont utilisé une astuce : ils ont exécuté le même circuit avec différents niveaux de bruit, puis ont extrapolé le résultat vers un bruit « idéal » de zéro. Cela a permis d'exécuter des circuits quantiques profonds avec des centaines d'opérations intriquées — plus que ce que ces dispositifs supportent habituellement. Au final, ils ont réussi à reconstituer l'évolution du champ sur plusieurs pas de temps, malgré les imperfections du processeur.
Le résultat est la première démonstration expérimentale de dynamique non linéaire sur un ordinateur quantique. Jusqu'ici, les simulations quantiques se limitaient à des problèmes linéaires, comme les vibrations des molécules. Désormais, la voie est ouverte pour calculer la turbulence, les ondes de choc et d'autres phénomènes où les méthodes classiques se heurtent à des murs de calcul.
L'équation de Burgers, résolue par les auteurs, est apparue pour la première fois en 1939 dans un travail sur la turbulence, puis a trouvé des applications en cosmologie : elle décrit comment se forment les vides et les amas de galaxies dans l'Univers.