Timothy Hsieh : Explorateur de la matière quantique
Timothy Hsieh adorait jouer avec des jeux de LEGO lorsqu’il était enfant. Il jetait les manuels d’instructions.
Il aimait la liberté et la créativité de mettre lesdifférentes pièces ensemble dans diverses combinaisons, juste pour voir quelles formes uniques pourraient émerger.
D’une certaine manière, il continue à faire cela, mais les blocs de construction avec lesquels il bricole maintenant en tant que physicien sont beaucoup plus petits que des blocs LEGO.
« Ce qui m’intéresse le plus, c’est ce qui se passe lorsque vous avez de nombreux degrés de liberté quantique dans des particules qui interagissent les unes avec les autres », explique Hsieh. « Quel type de nouveau phénomène peut naître d’un système aussi grand? »
Une grande partie de la science est réductionniste. Elle essaie de comprendre la nature en décomposant la matière en constituants plus petits que les électrons, les protons, les neutrons et d’autres éléments constitutifs élémentaires de la nature.
Mais Hsieh préfère une approche différente, en regardantla situation dans son ensemble de la façon dont ces éléments constitutifs, une fois combinés, donnent naissance à quelque chose de nouveau, et parfois de surprenant. C’est ce qu’on appelle l’émergence, c’est-à-dire le concept selon lequel le tout est plus grand que la somme de ses parties. Pensez à la façon dont l’harmonie musicale émerge lorsque plusieurs instruments jouent les bonnes notes ensemble (quelque chose que Hsieh, un violoniste accompli, comprend bien).
L’un des objectifs de recherche de M. Hsieh est de découvrir des propriétés émergentes intéressantes dans la matière quantique qui pourraient être utiles à l’avancement de l’informatique quantique.
La plupart des calculs quantiques qui ont été effectués jusqu’à présent impliquent des types d’opérations spécifiques qui peuvent être simulés sur nos ordinateurs existants. Cependant, l’objectif est de réaliser à des calculs quantiques beaucoup plus polyvalents et bien au-delà des capacités des ordinateurs actuels. Cette quête, pour un « ordinateur quantique universel », est mondiale.
Pour effectuer cette mise à niveau vers l’informatique quantique universelle, M. Hsieh s’appuie sur une certaine magie quantique. Loin d’être un tour de passe-passe, la magie quantique est un terme bien défini dans le domaine de Hsieh qui fait référence à un ensemble spécifique de superpositions quantiques.
« Ce que mes collaborateurs et moi avons découvert, c’est que la magie est garantie d’exister dans certaines phases topologiques de la matière. Une matière quantique dont les propriétés sont résistantes aux petites imperfections, comme un beignet qui reste un beignet si vous en prenez une petite bouchée. Il est remarquable de constater que ce qui rend les phases de la matière topologiques est également responsable de la magie des phases », explique-t-il.
En tant que chercheur en début de carrière, Hsieh, qui est maintenant directeur du Centre Clay Riddell pour la matière quantique de l’Institut Périmètre, a été attiré par l’environnement multidisciplinaire de l’institut, où il peut collaborer avec des chercheurs dans des domaines connexes (ou apparemment sans rapport) comme la gravité forte et les fondements quantiques.
Comme lorsqu’il assemblait des blocs LEGO lorsqu’il était enfant ou qu’il jouait du violon dans un orchestre, M. Hsieh trouve son épanouissement dans les incroyables nouvelles choses qui émergent lorsque vous réunissez des personnes brillantes pour relever de grands défis.
« La musique et la mécanique quantique ont des structures et des règles magnifiques qui se reflètent l’une l’autre », explique-t-il. « Cela renvoie à cette idée de phénomènes émergents. »
Vous êtes curieux d’en savoir plus sur les chercheurs de l’Institut Périmètre ou sur les avancées actuelles en physique théorique? Restez informés grâce à notre bulletin mensuel monthly newsletter ou consultez cet espace pour découvrir les profils de nouveaux chercheurs et les faits saillants de la science.
