Des chercheurs découvrent un nouvel élément dans le domaine de l'intrication quantique
Des chercheurs européens ont fait de réels progrès dans le domaine de l'intrication quantique mécanique des systèmes quantiques distants. L'équipe, de l'Institut Max Planck pour l'optique quantique en Allemagne, a pu démontrer comment deux systèmes quantiques distants peuvent être préparés dans un «état» intriqué commun. Cette découverte signifie qu'un système est constitué d'un atome piégé dans un résonateur optique et que l'autre système consiste en un condensat Bose-Einstein (BEC) constitué de centaines de milliers d'atomes ultra-froids. Ainsi, un point de référence dans le développement des réseaux quantiques a été atteint dans le cadre d'un système hybride de deux noeuds fixes intriqués distants que l'équipe a généré dans le cadre de l'étude, soutenue à hauteur de 5,3 millions d'euros au titre du projet AQUTE («Atomic quantum technologies») financé dans le contexte du thème «Technologies de l'information et de la communication» du septième programme-cadre (7e PC) de l'UE. Albert Einstein est le premier à avoir qualifié le phénomène mécanique quantique de l'intrication comme étant «une action étonnante à distance» en raison de ses conséquences étranges. Les physiciens ont tenté depuis des années de développer des concepts pouvant exploiter ce phénomène dans des applications pratiques telles que la transmission sûre de données, dans laquelle l'intrication générée dans un processus local a été distribuée dans des systèmes quantiques distants. De plus, de tels réseaux contribueraient au développement d'un ordinateur quantique universel dans lequel les octets quantiques peuvent être échangés avec des photons dans des noeuds conçus pour le stockage des informations et leur traitement. Dans le phénomène de l'intrication, deux systèmes quantiques sont regroupés de manière à ce que leurs propriétés soient strictement corrélées, ce qui implique que les particules se trouvent en contact. Toutefois, pour de nombreuses applications dans un réseau quantique, il est nécessaire que l'intrication soit partagée entre deux noeuds distants appelés qubits fixes. Pour ce faire, on utilise des photons ou des qubits «volants» pour transporter l'intrication. En de nombreux points, ce principe est similaire à la télécommunication classique dans laquelle la lumière est utilisée pour transmettre les informations entre ordinateurs ou téléphones. Dans le cas d'un réseau quantique, cette tâche est un peu plus complexe car les états quantiques intriqués sont extrêmement fragiles et ne peuvent survivre que si les particules sont isolées de leur environnement. L'équipe allemande a fait progresser cela en préparant deux systèmes quantiques situés dans deux laboratoires différents dans un état intriqué. Ainsi, d'un côté, on observe un atome de rubidium piégé dans un résonateur optique formé de deux miroirs à pouvoir réfléchissant élevé, et de l'autre, un ensemble de centaines de milliers d'atomes ultra-froids de rubidium qui forment un BEC. Dans un condensat Bose-Einstein, toutes les particules ont des propriétés quantiques identiques car elles agissent comme une sorte de «superatome». «Un BEC est parfait en tant que mémoire quantique car cet état exotique ne souffre d'aucune perturbation engendrée par le mouvement thermique», explique Matthias Lettner, l'un des auteurs de l'étude. «Ainsi, il peut stocker et extraire des informations quantiques efficacement et conserver cet état pendant une longue période de temps. L'échange d'informations quantiques entre les photons et les systèmes quantiques atomiques requiert une forte interaction entre la lumière et la matière. Dans le cas de l'atome simple, cela se fait par de multiples réflexions entre les deux miroirs résonateurs, tandis que pour le BEC, l'interaction lumière/matière est renforcée par un grand nombre d'atomes.» Les objectifs généraux du projet AQUTE sont de développer des technologies quantiques fondées sur des systèmes atomiques, moléculaires et optiques (AMO) pour une informatique quantique modulable et des technologies favorisées par l'intrication telles que la métrologie et la détection. De plus, le projet espère établir et exploiter de nouvelles connexions interdisciplinaires, provenant de la physique AMO, mais comprenant également des concepts et paramètres expérimentaux de systèmes d'états solides, afin de renforcer les relations interdisciplinaires aux frontières de l'informatique quantique, et d'autres domaines tels que la physique ou la science en générale ainsi que les systèmes hybrides innovants qui associent de manière physiquement cohérente différents degrés quantiques de liberté.Pour de plus amples informations, consulter: Institut Max Planck pour l'optique quantique: http://www.mpq.mpg.de/cms/mpq/en/index.html
Pays
Allemagne