Un trou noir sur une puce : comment un processeur quantique a joué le rôle d'un labyrinthe pour l'information ✛
Un trou noir est un labyrinthe dont on ne peut pas sortir. Mais que devient l'information à l'intérieur ? Pour le vérifier, les physiciens ne sont pas allés jusqu'au trou le plus proche ; ils en ont construit une minuscule réplique sur un processeur quantique. Le rôle du labyrinthe a été joué par une chaîne de 32 qubits supraconducteurs, où chaque pas ne mène que vers l'avant — comme dans un couloir à sens unique.
Pour comprendre la géométrie du labyrinthe, les scientifiques ont lancé une excitation unique et ont suivi comment son énergie dépend de l'impulsion. À l'extérieur, on obtient une image familière : deux branches, comme des vagues à la surface de l'eau. À l'horizon, une branche devient plate — cela signifie que le signal reste coincé. À l'intérieur, de nouveaux points apparaissent où l'énergie s'annule, et toutes les routes ne mènent qu'à l'intérieur. C'est la première fois qu'on voit sur un seul dispositif comment le cône de lumière s'incline : au-delà de l'horizon, même la lumière ne peut pas faire demi-tour.
Mais le labyrinthe ne fait pas que courber les chemins — il mélange aussi tout ce qui y tombe. Pour le voir, on a activé l'interaction entre les spins. Dans le modèle libre, l'information se répandait lentement, comme de l'encre dans l'eau froide. Avec une forte interaction, elle s'est mise à se disperser de manière exponentielle — comme si chaque pas dans le labyrinthe déplaçait les murs au hasard. C'est cela, le chaos quantique : une mesure de la vitesse à laquelle un trou noir oublie ce qui y est tombé.
Auparavant, la géométrie et le chaos étaient étudiés séparément, dans des systèmes différents. Ici, ils ont été réunis dans une seule expérience, montrant qu'un processeur quantique peut servir de banc d'essai pour les questions les plus aiguës sur les trous noirs. La prochaine étape : vérifier comment l'information revient du labyrinthe si le trou s'évapore. Peut-être que la réponse est proche.
Pour reconstruire la dispersion sur 24 qubits, il a fallu 4099 portes à deux qubits CZ après traduction — une profondeur record pour ce type de simulations sur du matériel supraconducteur. Dans les expériences de scrambling, le nombre de portes CZ atteignait 5028 pour des valeurs intermédiaires de φ.
L'idée de simuler un trou noir sur un ordinateur quantique fait écho au roman de Greg Egan « L'Échelle de Schild », où des physiciens créent des univers artificiels avec des lois ajustables. Ici, ce n'est pas tout l'univers qui est ajusté, mais seulement une infime partie : l'horizon et l'intérieur d'un trou noir.