Quatorze photons intriqués éliminent un goulot d’étranglement informatique quantique | Recherche & Technologie | Août 2022

Quatorze photons intriqués éliminent un goulot d'étranglement informatique quantique |  Recherche & Technologie |  Août 2022


GARCHING BEI MÜNCHEN, Allemagne, 26 août 2022 — Des physiciens de l’Institut Max Planck d’optique quantique ont développé une méthode qui pourrait faciliter la construction d’ordinateurs quantiques puissants et robustes, ainsi que la transmission sécurisée des données. Les physiciens ont généré jusqu’à 14 photons intriqués, dans un résonateur optique, qui ont pu être préparés dans des états physiques quantiques spécifiques de manière ciblée et efficace.

Pour utiliser un ordinateur quantique de manière rentable, un grand nombre de particules intriquées doivent travailler ensemble, comme des qubits dans le système quantique. Jusqu’à présent, l’intrication des photons avait généralement lieu dans des cristaux spéciaux non linéaires. L’inconvénient de cette méthode est que les photons sont essentiellement créés de manière aléatoire et d’une manière qui ne peut pas être contrôlée. Cela limite également le nombre de particules pouvant être regroupées dans un état collectif.

La méthode nouvellement développée a permis de générer pratiquement n’importe quel nombre de photons intriqués, ont déclaré les chercheurs.

Selon Philip Thomas, doctorant à l’Institut Max Planck d’optique quantique, à la connaissance des scientifiques, les 14 particules lumineuses interconnectées constituent le plus grand nombre de photons intriqués générés en laboratoire.

Les photons sont bien adaptés à l’intrication car ils sont robustes par nature et faciles à manipuler, a-t-il déclaré.

L’équipe de recherche a utilisé un seul atome pour émettre les photons et les entrelacer d’une manière spécifique. Pour ce faire, les chercheurs ont placé un atome de rubidium au centre d’une cavité optique.

Avec une lumière laser d’une fréquence spécifique, l’état de l’atome pourrait être traité avec précision. À l’aide d’une impulsion de contrôle supplémentaire, les chercheurs ont également déclenché spécifiquement l’émission d’un photon intriqué avec l’état quantique de l’atome.


Mise en place d’un résonateur optique dans le vide. Un seul atome de rubidium est piégé entre les miroirs de forme conique à l’intérieur du support. Avec l’aimable autorisation de MPQ.


“Nous avons répété ce processus plusieurs fois et d’une manière préalablement déterminée”, a déclaré Thomas. Entre-temps, l’atome a été mis en rotation. De cette façon, il a été possible de créer une chaîne de jusqu’à 14 photons qui ont été enchevêtrés les uns avec les autres par les rotations atomiques et amenés dans un état souhaité.

Plus que la quantité de photons intriqués marquant une étape majeure vers le développement d’ordinateurs quantiques puissants, c’est l’importance de la manière dont ils ont été générés, qui était également très différente des méthodes conventionnelles. “Parce que la chaîne de photons a émergé d’un seul atome, elle pourrait être produite de manière déterministe », a déclaré Thomas. Cela signifie qu’en principe, chaque impulsion de commande a effectivement délivré un photon avec les propriétés souhaitées.

Montage expérimental avec chambre à vide sur table optique.  Avec l'aimable autorisation de MPQ.


Montage expérimental avec chambre à vide sur table optique. Avec l’aimable autorisation de MPQ.


De plus, la méthode est efficace – une autre mesure importante pour les futures applications techniques potentielles. “En mesurant la chaîne de photons produite, nous avons pu prouver une efficacité de près de 50%”, a déclaré Thomas. Cela signifie que presque chaque seconde “pression d’un bouton” sur l’atome de rubidium a produit une particule de lumière utilisable – bien plus que ce qui a été réalisé dans les expériences précédentes.

“Dans l’ensemble, notre travail supprime un obstacle de longue date sur la voie de l’informatique quantique évolutive et basée sur des mesures”, a déclaré Gerhard Rempe, directeur de l’Institut Max Planck d’optique quantique.

Mise en place d'un résonateur optique dans le vide.  Un seul atome de rubidium est piégé entre les miroirs de forme conique à l'intérieur du support.  Avec l'aimable autorisation de MPQ.


Mise en place d’un résonateur optique dans le vide. Un seul atome de rubidium est piégé entre les miroirs de forme conique à l’intérieur du support. Avec l’aimable autorisation de MPQ.


Les scientifiques veulent supprimer un autre obstacle. Des opérations informatiques complexes, par exemple, nécessiteraient au moins deux atomes comme sources de photons dans le résonateur. Les physiciens quantiques parlent d’un état d’amas bidimensionnel. “Nous travaillons déjà sur cette tâche”, a déclaré Thomas.

Il a déclaré que les applications techniques possibles s’étendent au-delà de l’informatique quantique. “Un autre exemple d’application est la communication quantique”, a-t-il déclaré.

Par exemple, en utilisant la méthode, les informations quantiques pourraient être emballées dans des photons intriqués et pourraient également survivre à une certaine quantité de perte de lumière et permettre une communication sécurisée sur de plus grandes distances.

La recherche a été publiée dans La nature (www.doi.org/10.1038/s41586-022-04987-5).

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