Une étape franchie sur la voie des technologies quantiques utiles

Des chercheurs des universités de Paderborn et d’Ulm développent la première mémoire quantique optique programmable

De minuscules particules reliées les unes aux autres, même si elles sont parfois distantes de plusieurs milliers de kilomètres – Albert Einstein appelait cela une « action effrayante à distance ». Ce qui est inexplicable en termes de physique classique est un élément fondamental de la physique quantique. Un soi-disant intrication peut se produire entre plusieurs particules quantiques, dans lequel certaines propriétés des particules sont couplées les unes aux autres. Les systèmes intriqués constitués de plusieurs particules quantiques présentent des avantages significatifs dans la réalisation d’algorithmes quantiques qui pourraient potentiellement être utilisés dans les domaines de la communication, de la sécurité des données ou de l’informatique quantique. Des chercheurs de l’Université de Paderborn et des collègues de l’Université d’Ulm ont développé la première mémoire quantique optique programmable. L’étude a été publiée comme suggestion de l’éditeur dans Physical Review Letters.

Particules lumineuses enchevêtrées

Le groupe de travail « Optique Quantique Intégrée » dirigé par le Prof. Dr. Christine Silberhorn du Département de physique et de l’Institut des systèmes photoniques quantiques (PhoQS) de l’Université de Paderborn utilise les plus petites particules lumineuses, appelées photons, comme systèmes quantiques. L’objectif des scientifiques : en emmêler le plus possible dans les grands États. En collaboration avec des chercheurs de l’Institut de physique théorique de l’Université d’Ulm, ils ont présenté une nouvelle approche.

Jusqu’à présent, plus de deux particules ne pouvaient être intriquées que de manière très inefficace. Si les chercheurs voulaient coupler deux particules avec d’autres, il leur fallait parfois attendre longtemps, car les connexions que ces enchevêtrements peuvent créer ne fonctionnent qu’avec une certaine probabilité, c’est-à-dire pas sur simple pression d’un bouton. Cela signifiait que les photons n’étaient plus dans l’expérience lorsque les particules appropriées suivantes arrivaient – car le stockage des états des qubits représente un défi expérimental majeur.

Pas à pas jusqu’au grand enchevêtrement

“Nous avons maintenant développé une mémoire à court terme quantique optique programmable qui peut basculer dynamiquement entre les différents modes : le mode stockage, le mode interférence et la version finale”, explique Silberhorn. Un petit état quantique peut être stocké dans la configuration expérimentale jusqu’à ce qu’un état suivant soit créé et les deux peuvent alors être intriqués l’un avec l’autre. En conséquence, un grand état quantique intriqué « grandit » particule par particule. L’équipe de Silberhorn a déjà intriqué six particules de cette manière et est bien plus efficace que toutes les expériences précédentes. A titre de comparaison : le plus grand intrication de paires de photons, réalisé par des chercheurs chinois, est constitué de douze particules individuelles. Cependant, la création de cet état a nécessité plusieurs ordres de grandeur de plus de temps.

Le physicien quantique explique : « Grâce à notre système, nous pouvons construire étape par étape des états intriqués de plus en plus grands – c’est beaucoup plus fiable, plus rapide et plus efficace qu’avec toutes les méthodes précédentes. Pour nous, il s’agit d’une étape importante qui met à notre portée l’application pratique des grands états intriqués pour des technologies quantiques utiles. La nouvelle approche peut être combinée avec toutes les sources courantes de génération de paires de photons. Cela signifie que d’autres scientifiques peuvent également utiliser la méthodologie.

À propos de l’étude : https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.150501
DOI : 10.1103/PhysRevLett.129.150501

2022-10-06 10:00:00
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