Utiliser des systèmes quantiques comme les gaz ou les qubits pour modéliser des phénomènes de l'univers primordial tels que la désintégration du vide ou l'homogénéité.La simulation quantique en cosmologie est une stratégie de recherche qui utilise des systèmes quantiques contrôlables—tels que les gaz atomiques ultrafroids, les ions piégés ou les qubits supraconducteurs—comme miniatures représentations de l'univers primordial. L'idée est que les mêmes théories quantiques des champs censées régir le cosmos peu après le Big Bang peuvent être reproduites en laboratoire, à des échelles beaucoup plus petites et sur des échelles de temps plus lentes, permettant aux physiciens d'étudier des phénomènes autrement inaccessibles à l'observation directe. Cela inclut la désintégration du vide, le processus par lequel un état de « faux vide » s'effondre en un « vrai vide » de plus basse énergie, produisant potentiellement des bulles qui se développent et créent de la matière—un mécanisme que certaines théories proposent pour la naissance de notre univers.
Le concept d'utilisation de systèmes analogiques pour étudier des phénomènes cosmologiques a gagné du terrain au début des années 2000, notamment avec les propositions de William Unruh et d'autres pour simuler le rayonnement de Hawking à l'aide d'horizons soniques dans les fluides. L'application spécifique à la désintégration du vide et à la dynamique de l'univers primordial a été explorée théoriquement depuis les années 2010, avec des réalisations expérimentales dans les gaz atomiques émergeant à peu près à la même période.
L'approche repose sur l'équivalence mathématique entre certains systèmes de matière condensée et des modèles cosmologiques. Par exemple, un condensat de Bose-Einstein d'atomes ultrafroids peut être conçu pour imiter un champ scalaire dans un espace-temps courbe, avec une « vitesse de la lumière » et un potentiel « gravitationnel » effectifs. En ajustant les interactions et les pièges externes, les chercheurs peuvent créer des horizons analogiques, simuler l'expansion inflationnaire ou déclencher des événements de désintégration du vide de manière contrôlée. La dynamique résultante—telle que la croissance de domaines en forme de bulles—est ensuite mesurée et comparée aux prédictions théoriques, fournissant des tests empiriques d'idées qui autrement resteraient purement spéculatives.
Au-delà de la physique fondamentale, les simulateurs quantiques de cosmologie aident à développer des outils computationnels pour les problèmes quantiques à N corps et informent des technologies telles que les capteurs quantiques et l'informatique quantique, qui reposent sur un contrôle précis des états quantiques.
Dans certaines expériences, les « bulles » de désintégration du vide dans un gaz quantique se développent à des vitesses qui peuvent être directement filmées avec des caméras à haute vitesse, rendant un événement des premières fractions de seconde après le Big Bang visible en temps réel.
