La capacité de "basculer" les informations quantiques entre diverses technologies quantiques a des implications importantes pour le réseau quantique, les communications et l'informatique. L'étude a été publiée dans la revue Nature. Il représente une nouvelle méthode pour convertir des données quantiques d'un format d'ordinateur quantique au format requis pour la communication quantique.
Les systèmes d'information quantiques ont besoin de photons, qui sont des particules de lumière, mais différentes technologies les utilisent à des fréquences différentes. Les qubits supraconducteurs, par exemple, constituent la base de certaines des techniques informatiques quantiques les plus populaires et sont utilisés par des géants de la technologie comme Google et IBM pour stocker des informations quantiques dans les photons se déplaçant dans les micro-ondes.
Cependant, les photons micro-ondes ne peuvent pas être utilisés pour interconnecter des ordinateurs quantiques ou construire un réseau quantique car ils ne peuvent pas conserver les informations quantiques tout au long du voyage.
Selon Aishwarya Kumar, chercheur postdoctoral à l'Institut James Franck de l'Université de Chicago et auteur principal de l'article, les téléphones portables, le Wi-Fi, le GPS et les appareils similaires utilisent tous des fréquences micro-ondes de la lumière. Mais vous ne pouvez pas le faire car l'information quantique nécessaire à la communication quantique est contenue dans un seul photon. De plus, ces informations seront masquées par le bruit thermique aux fréquences micro-ondes.
La réponse est de déplacer l'information quantique vers le photon optique, un photon de fréquence plus élevée qui est beaucoup plus résistant au bruit de fond. Cependant, l'information ne peut pas être transférée directement d'un photon à un autre ; intermédiaire est requis à la place. Alors que certaines expériences créent de l'électronique à l'état solide à cette fin, l'expérience de Kumar se concentre sur quelque chose de plus fondamental : les atomes.
Les électrons atomiques ne sont autorisés à avoir qu'une plage d'énergie ou des niveaux d'énergie limités. Un photon dont l'énergie correspond parfaitement à la différence entre les niveaux inférieur et supérieur peut exciter un électron d'un niveau d'énergie inférieur à un niveau supérieur.
De même, lorsqu'un électron est forcé à un niveau d'énergie inférieur, l'atome libère un photon d'une énergie égale à la différence entre les niveaux.
Les deux lacunes dans les niveaux des atomes de rubidium utilisés par l'invention de Kumar sont celles qui correspondent exactement aux énergies d'un photon optique et d'un photon micro-onde. La méthode permet à l'atome d'absorber un photon micro-onde avec des informations quantiques, puis d'utiliser des lasers pour modifier l'énergie électronique de l'atome de haut en bas afin de produire un photon optique avec des informations quantiques. La « transduction » fait référence à cette transformation de l'information quantique entre différents états.
Des progrès significatifs dans la manipulation des atomes ont permis aux scientifiques d'utiliser efficacement les atomes à cette fin. Au cours des 20 à 30 dernières années, a déclaré Kumar, "nous, en tant que communauté, avons développé une technologie extraordinaire qui nous permet de contrôler essentiellement tout ce qui concerne les atomes". Par conséquent, l'expérience était bien planifiée et efficace.
Kumar affirme que les progrès dans le domaine de l'électrodynamique quantique en cavité, dans laquelle un photon est piégé dans une chambre supraconductrice réfléchissante, sont la deuxième clé de leur succès. La cavité supraconductrice force le photon à rebondir dans un environnement fermé, augmentant l'interaction entre le photon et tout ce qui est placé à l'intérieur.
Leurs chambres n'ont pas l'air très fermées ; en fait, cela ressemble plus à un bloc de fromage suisse. Mais ce qui ressemble à des trous sont en fait des tunnels qui se croisent dans une géométrie très spéciale afin que des photons ou des atomes puissent être piégés à une intersection. Cette conception intelligente permet également aux chercheurs d'accéder à la chambre pour injecter des atomes et des photons.
La technologie est bidirectionnelle et peut transporter des informations quantiques des photons micro-ondes aux photons optiques et vice versa. Il pourrait donc être un composant essentiel d'un internet quantique et se situer de part et d'autre d'une liaison longue distance entre deux ordinateurs quantiques supraconducteurs qubit.
Mais Kumar pense que cette technologie pourrait avoir bien plus d'utilisations qu'un réseau quantique. Sa principale compétence est la capacité d'enchevêtrer étroitement les photons et les atomes, un processus crucial mais difficile dans une grande variété de technologies quantiques.
L'une des choses qui « nous excite vraiment » est la capacité de la plateforme à générer un enchevêtrement très efficace. "Enchevêtrement; Le calcul est au cœur de presque toutes les applications quantiques que nous traitons, y compris les simulations, la métrologie et les horloges atomiques. J'ai hâte de voir ce que nous pouvons réaliser d'autre.
Source : phys.org/news
Günceleme: 25/03/2023 14:45