Le bouton caché qui réinitialise les spins et les qubits
Des scientifiques de l'Université de Genève, en collaboration avec l'Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST, Corée du Sud), ont découvert un « bouton de réinitialisation » caché dans les rotations – montrant qu’en doublant et en réajustant simplement les forces, tout spin, qu’il s’agisse de noyaux atomiques ou de qubits, peut être ramené parfaitement à son point de départ.
Le monde est rempli d’objets en rotation : gyroscopes, spins magnétiques et, plus récemment, qubits dans les ordinateurs quantiques. Prenons par exemple les noyaux atomiques de notre corps qui précessent à des fréquences de l’ordre du mégahertz dans les appareils d’IRM. En pratique, on souhaite souvent ramener un tel système rotatif à son point de départ exact. À première vue, cela semble désespéré : après une succession complexe de torsions et d’oscillations, comment pourrait-on retrouver exactement le chemin inverse jusqu’à l’origine ?
La réponse étonnante est que c’est toujours possible. Peu importe à quel point l’histoire des rotations est embrouillée, il existe une recette simple : réajuster l’intensité de la force appliquée et l’appliquer deux fois. Une seule fois ne suffit jamais, mais deux fois garantissent un retour exact. Soumis à ce champ de force doublé et rééchelonné, le spin – ou le qubit, ou n’importe quel rotor – reviendra infailliblement à la maison.
Cette découverte a été réalisée par le professeur Jean-Pierre Eckmann de l’Université de Genève et Tsvi Tlusty du département de physique de l’UNIST. Leur étude montre que les rotations, malgré leur complexité apparente, cachent un ordre sous-jacent. Le groupe mathématique des rotations – appelé SO(3) pour les objets classiques ou SU(2) pour les objets quantiques – est l’un des sujets les plus étudiés de toute la physique. Et pourtant, même dans ce territoire cartographié de longue date, les auteurs ont trouvé quelque chose de nouveau : un bouton de réinitialisation parfait.
Pourquoi est-ce important ? Parce que les rotations sont à la base de presque tout en science et en technologie modernes. Qu’il s’agisse de stabiliser des satellites, de décoder des images cérébrales, de faire de la résonance magnétique nucléaire ou de calculer avec des qubits, nous demandons sans cesse aux rotateurs d’exécuter des danses complexes. Le nouveau résultat garantit que, peu importe la complexité de la chorégraphie, il existe toujours un moyen de ramener le système à sa position initiale.
29 oct. 2025