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Les physiciens quantiques établissent un nouveau record d’intrication de photons : ScienceAlert

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Une nouvelle méthode pour entrelacer les destins de fragments de lumière a surmonté de sérieux obstacles sur la voie de la technologie basée sur les photons l’informatique quantique.

Des chercheurs de l’Institut Max Planck d’optique quantique en Allemagne ont réussi à intriquer 14 photons dans un état considéré comme optimal pour les qubits, plus que doubler les tentatives précédentes – tout en améliorant leur efficacité.

Contrairement aux “bits” de code binaire derrière des formes plus conventionnelles de technologie informatique, qubits exister dans un état de probabilité appelé superposition, se comportant comme une pièce de monnaie lancée lorsqu’elle dégringole dans les airs.

Les algorithmes basés sur la façon dont les groupes de pièces quantiques tombent peuvent faire un travail rapide de certaines mathématiques assez complexes, mais seulement si leur rotation collective n’est pas involontairement déviée par l’environnement.

Appelée décohérence, cette interruption de la superposition d’une particule est un énorme obstacle pour les ingénieurs qui conçoivent ordinateurs quantiques.

En théorie, à peu près n’importe quoi peut exister dans une superposition quantique d’états, des électrons aux atomes en passant par molécules entières (ou plus gros). Mais pour limiter la décohérence, les objets plus petits et plus simples prennent le gâteau.

Les photons font des qubits idéaux. malheureusement pratique ordinateurs quantiques besoin de beaucoup de qubits. Milliers. Des millions même. Plus il y en a, mieux c’est. Non seulement ils doivent tous tourner en superposition à la fois, mais leur destin doit être partagé. Ou, pour utiliser le terme physique, intriqué.

C’est là qu’intervient le défi.

Il existe des moyens relativement simples de enchevêtrer des paires de photons. Forcez un atome à émettre une onde de lumière puis divisez-le à l’aide d’un écran spécial, et vous obtiendrez deux photons avec une histoire commune.

Alors qu’ils restent en vol avec leurs caractéristiques respectives encore à mesurer, ils agissent plus ou moins comme cette pièce qui tourne. Finalement, l’un sortira face et l’autre pile.

L’intrication de plus de deux photons devient plus difficile.

Des expériences avec des objets appelés points quantiques ont réussi à enchevêtrer des chaînes de trois à quatre photons. Non seulement il est peu probable qu’il produise jamais les centaines et les milliers nécessaires à un ordinateur quantiquel’Etat de enchevêtrement l’utilisation de cette approche n’est pas aussi fiable que les ingénieurs pourraient le souhaiter.

Des études plus récentes utilisant des atomes avec de grandes orbitales électroniques, appelés atomes de Rydberg, ont produit jusqu’à six photons intriqués, tous sous une forme efficacement intriquée. Bien que la méthode puisse créer des composants informatiques ultra-rapides, ce n’est pas non plus une option facilement évolutive.

Cette solution la plus récente pourrait, en théorie, produire n’importe quel nombre de photons intriqués, tous dans l’état idéal.

“L’astuce de cette expérience était que nous utilisions un seul atome pour émettre les photons et les entrelacer d’une manière très spécifique”, dit doctorant en physique et auteur principal Philip Thomas.

Un atome de rubidium a été chatouillé pour émettre des ondes lumineuses, qui ont été canalisées dans une cavité formée pour les réfléchir d’avant en arrière de manière très précise.

En ajustant parfaitement la façon dont le rubidium brillait, chaque photon pouvait être intriqué avec l’état de l’atome entier – ce qui signifie que chaque photon rebondissant dans la cavité était également intriqué avec un nombre important de ses frères et sœurs.

“Parce que la chaîne de photons a émergé d’un seul atome, elle pourrait être produite de manière déterministe”, dit Thomas.

Dans ce cas, l’équipe a réussi à intriquer 12 photons dans un cluster linéaire moins efficace, et 14 dans le prisé Greenberger–Horne–Zeilinger (GHZ).

“Au meilleur de notre connaissance, les 14 particules lumineuses interconnectées représentent le plus grand nombre de photons intriqués qui ont été générés en laboratoire jusqu’à présent”, explique Thomas.

Non seulement ils ont pu enchevêtrer autant de photons, mais l’efficacité de cette méthode s’est améliorée par rapport aux processus antérieurs, avec près d’un photon sur deux fournissant des qubits parfaitement intriqués.

Les futures configurations devront introduire un deuxième atome pour fournir les qubits nécessaires à de nombreuses opérations de calcul quantique. Avoir des photons intriqués à portée de main pourrait fournir les bases d’une technologie au-delà de l’informatique, occupant un rôle central dans les communications cryptées quantiques.

Cette recherche a été publiée dans La nature.

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