Jalons sur la voie des technologies quantiques utiles

De minuscules particules sont interconnectées bien qu’elles soient parfois distantes de milliers de kilomètres – Albert Einstein a appelé cette “action effrayante à distance”. Quelque chose qui serait inexplicable par les lois de la physique classique est un élément fondamental de la physique quantique. Un tel enchevêtrement peut se produire entre plusieurs particules quantiques, ce qui signifie que certaines propriétés des particules sont intimement liées les unes aux autres.

Les systèmes intriqués contenant plusieurs particules quantiques offrent des avantages significatifs dans la mise en œuvre d’algorithmes quantiques, qui ont le potentiel d’être utilisés dans les communications, la sécurité des données ou l’informatique quantique. Des chercheurs de l’Université de Paderborn ont travaillé avec des collègues de l’Université d’Ulm pour développer la première mémoire quantique optique programmable. L’étude a été publiée en tant que “Suggestion de l’éditeur” dans le Lettres d’examen physique journal.

Particules lumineuses enchevêtrées

Le groupe d’optique quantique intégrée dirigé par le professeur Christine Silberhorn du Département de physique et de l’Institut des systèmes quantiques photoniques (PhoQS) de l’Université de Paderborn utilise de minuscules particules de lumière, ou photons, comme systèmes quantiques. Les chercheurs cherchent à 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 maintenant présenté une nouvelle approche.

Auparavant, les tentatives d’enchevêtrement de plus de deux particules n’entraînaient qu’une génération d’enchevêtrement très inefficace. Dans certains cas, si les chercheurs voulaient lier deux particules à d’autres, cela impliquait une longue attente, car les interconnexions qui favorisent cet enchevêtrement ne fonctionnent qu’avec une probabilité limitée plutôt que sur simple pression d’un bouton. Cela signifiait que les photons ne faisaient plus partie de l’expérience une fois la prochaine particule appropriée arrivée, car le stockage des états de qubit représente un défi expérimental majeur.

Atteindre progressivement un plus grand enchevêtrement

“Nous avons maintenant développé une mémoire quantique tampon optique programmable qui peut basculer dynamiquement entre différents modes – mode de stockage, mode d’interférence et version finale”, explique Silberhorn.

Dans la configuration expérimentale, un petit état quantique peut être stocké jusqu’à ce qu’un autre état soit généré, puis les deux peuvent être intriqués. Cela permet à un grand état quantique intriqué de croître particule par particule. L’équipe de Silberhorn a déjà utilisé cette méthode pour enchevêtrer six particules, ce qui la rend beaucoup plus efficace que toutes les expériences précédentes. En comparaison, le plus grand enchevêtrement jamais réalisé de paires de photons, réalisé par des chercheurs chinois, était composé de douze particules individuelles. Cependant, la création de cet état a pris beaucoup plus de temps, par ordre de grandeur.

Le physicien quantique explique : « Notre système permet de construire progressivement des états intriqués de taille croissante, ce qui est beaucoup plus fiable, plus rapide et plus efficace que n’importe quelle méthode précédente. Pour nous, cela représente une étape importante qui nous place à une distance frappante de applications pratiques de grands états intriqués pour des technologies quantiques utiles.” La nouvelle approche peut être combinée avec toutes les sources de paires de photons courantes, ce qui signifie que d’autres scientifiques pourront également utiliser la méthode.