Articles du CER - Comment intriquer deux électrons à l'infini
«Dans les matériaux supraconducteurs, les électrons se trouvent dans un état particulier», explique le Dr Csonka. «Notre but est d'utiliser ces supraconducteurs pour générer des paires d'électrons intriqués mais séparés, qui se comportent comme un même objet quantique.» Dans les atomes, les électrons suivent des trajets circulaires autour du noyau central. Et tout comme la Terre qui tourne sur elle-même et autour du soleil, les électrons tournent sur eux-mêmes, ce qui leur donne un spin. Cependant, la similitude s'arrête là. Le spin des électrons est un concept quantique quasiment impossible à visualiser, mais, comme il est préservé lorsque les électrons sont transmis, il peut servir de base au fonctionnement des ordinateurs quantiques et au traitement de l'information. Des particules comme les électrons peuvent aussi devenir «intriquées» de sorte que toute mesure du spin de l'une sera corrélée avec le spin mesuré sur l'autre, quelle que soit la distance entre les deux! La «non-localité» de cette intrication revient à considérer les deux particules comme un seul objet, malgré la distance qui peut les séparer, une idée étrange que les scientifiques cherchent à étudier toujours plus en détail. Séparer les paires Un exemple précis est celui des «paires de Cooper» que forment naturellement les électrons dans un supraconducteur (un matériau dont la résistance électrique est nulle, ou presque). «Notre objectif est de séparer les électrons d'une paire de Cooper et d'envoyer l'un vers un fil ou électrode, et l'autre vers un autre fil», poursuit le Dr Csonka. Il a donc disposé un transistor à un seul électron (SET - Single-electron transistor) à chaque extrémité du supraconducteur pour «piéger» les électrons intriqués. C'est un peu comme un tourniquet par lequel les gens ne peuvent entrer qu'un par un. Le SET ne permet d'ajouter qu'un électron à la fois, laissant l'autre électron de la paire libre dans le supraconducteur. «Mais les supraconducteurs n'aiment pas les électrons célibataires», ajoute le Dr Csonka, «aussi l'électron libre se déplace immédiatement vers l'autre extrémité où il rentre dans l'autre SET, et nous avons donc un membre de la paire intriquée à chaque extrémité.» En reliant des fils aux SET, on obtient un «système à intriquer» capable de produire et contrôler efficacement des paires intriquées. «Avant nos travaux, le rendement de tels appareils était d'environ 3%», ajoute le Dr Csonka. «Nous en sommes déjà à 20% et nous travaillons à l'optimisation des transistors et à l'amélioration du rendement.» Toujours intriqués? La deuxième partie du projet vise à démontrer que les deux électrons séparés sont toujours intriqués, et à mesurer jusqu'à quelle distance et pendant combien de temps ils le restent. «Si nous pouvons optimiser la séparation, les paires intriquées pourront être utilisées dans des ordinateurs quantiques, où les bits quantiques intriqués devront être placés assez loin les uns des autres», explique le Dr Csonka. «En outre, nous pouvons coupler notre générateur de paires d'électrons intriqués avec un convertisseur électron/photon. L'information de spin de l'électron se retrouve dans la polarisation du photon, et comme les électrons sont intriqués, les photons le sont aussi.» En procédant ainsi, un générateur efficace d'électrons intriqués peut devenir un générateur efficace de photons intriqués. Par le biais de la production «en masse» de paires d'électrons et de photons intriqués, le Dr Csonka espère fournir la matière première nécessaire pour d'autres expériences, et rapprocher un peu plus l'ordinateur quantique de la réalité. Détails du projet: - Chercheur principal: Dr Szabolcs Csonka – Institution d'accueil: Université de technologie et d'économie de Budapest en Hongrie - Projet: Cooper pairs as a source of entanglement (Coopairent) - Appel du CER: Subvention de démarrage 2011 – Financement du CER: 1.5 million d'euros - Durée du projet: cinq ans Pour plus d'informations: - site web du groupe de recherche du Dr Szabolcs Csonka Glossaire - Interprétation de Copenhague: une vision largement acceptée de la mécanique quantique qui ne s'intéresse qu'à la probabilité d'observer et de mesurer les propriétés des «particules», qui se comportent également comme des ondes. - Spin de l'électron ou spin quantique: tout comme la Terre tourne sur elle-même en une journée alors qu'elle tourne autour du soleil en un an, les électrons ont une sorte de rotation sur eux-mêmes (le spin) pendant qu'ils tournent autour du noyau d'un atome. La similitude ne va pas plus loin car le «spin quantique» ne correspond pas à une rotation dans l'espace physique habituel. - Intrication quantique: l'interaction de deux particules (comme des photons ou des électrons) de telle sorte que leurs caractéristiques (position, moment, spin, polarisation, etc.) se décrivent par une même série de paramètres quantiques, inséparables. Selon l'interprétation de Copenhague, les valeurs observables de cet état partagé restent indéterminées jusqu'à ce qu'elles soient mesurées. À ce moment-là, l'un des membres de la paire prend une valeur donnée (par exemple spin «up») et l'autre prend la valeur corrélée (par exemple spin «down»). Les résultats des mesures effectuées sur chaque membre de la paire restent corrélés, quelle que soit la distance qui sépare les particules intriquées.