Rien ne se compare au jeu de catch; Lancer une balle de baseball dans les deux sens garantit un plaisir simple et sans effort. Mais lorsque des lasers et des atomes glacés sont impliqués, c'est un défi.
Dans une nouvelle étude, des scientifiques ont mis en place un mini-jeu de baseball dans lequel des faisceaux laser lancent et attrapent des atomes. Selon une étude récemment publiée dans la revue Optica, il s'agit du premier cas où des "pièges optiques" alimentés par laser réussissent à éjecter et à capturer des atomes. Ces appareils fonctionnent un peu comme un sabre laser Star Wars pour manipuler de minuscules particules. Les chercheurs ont découvert que les atomes de speedball parcouraient 4,2 micromètres à 65 centimètres par seconde. En comparaison, l'araignée la plus rapide peut ramper jusqu'à environ 50 centimètres par seconde. En revanche, l'araignée la plus rapide peut ramper jusqu'à environ 50 centimètres par seconde.
Avec le potentiel de faire fonctionner des modèles des milliers de fois plus rapidement que les machines existantes, cela pourrait un jour ouvrir la voie à des innovations telles que des ordinateurs quantiques alimentés par ce nouveau mécanisme, de nouveaux médicaments vitaux, une intelligence artificielle intelligente et une cybersécurité avancée.
Les pièges optiques, en particulier, peuvent rapidement réorganiser les qubits, la version mécanique quantique des bits qui transportent des morceaux d'informations vus dans les ordinateurs normaux.
"Il existe des possibilités de déplacer des qubits pour permettre un calcul quantique plus efficace et plus rapide", a déclaré Jaewook Ahn, physicien à l'Institut coréen avancé des sciences et technologies et co-auteur de la nouvelle étude, dans un communiqué.
Cette technologie futuriste, qui utilise la mécanique quantique pour stocker des données, est toujours en cours de développement par des scientifiques. Si tout se passe bien, ces machines extravagantes pourraient résoudre des problèmes qui déconcertent même les supercalculateurs d'aujourd'hui – à des vitesses beaucoup plus rapides.
Les ordinateurs courants d'aujourd'hui fonctionnent en codant des informations en bits qui représentent des états dans lesquels les signaux électriques sont activés ou désactivés en utilisant des combinaisons de 1 et de 0. Les bits représentent les états lorsque les impulsions électriques sont activées ou désactivées. Pendant ce temps, une machine quantique stocke ces informations dans des qubits, qui peuvent être produits à partir de minuscules particules qui s'insèrent à l'intérieur des atomes, y compris des électrons ou des photons.
La superposition est une propriété quantique particulière qui permet aux qubits de représenter simultanément 0 et 1. Cela indique qu'un de ces appareils peut pratiquement remplacer quatre ordinateurs standards. De plus, la puissance de calcul d'un ordinateur augmente de façon exponentielle à mesure que de nouveaux qubits sont ajoutés.
Les possibilités pour les systèmes informatiques quantiques incluent les circuits électriques supraconducteurs et l'utilisation de champs électromagnétiques pour piéger les ions. (La société IBM y travaille actuellement).
Un autre type de calcul, connu sous le nom de calcul d'atomes neutres, utilise des faisceaux laser intenses pour suspendre et contrôler les atomes afin de créer des qubits.
Les qubits sont difficiles en pratique ; Pour traiter correctement les données, elles doivent souvent être placées dans des réseaux espacés avec précision, et des lacunes surviennent souvent lorsque les chercheurs tentent de placer soigneusement les atomes dans un appareil. Mais il est difficile de déplacer avec précision des atomes individuels pour combler ces lacunes.
Selon le physicien Brian Leeds DeMarco de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign, l'une des plates-formes informatiques quantiques les plus efficaces est constituée de réseaux d'atomes neutres piégés dans des faisceaux laser focalisés. Cette architecture a pour handicap de générer efficacement un réseau sans défaut et sans atomes manquants.
Au lieu de déplacer chaque atome d'un réseau à la fois, l'excellente technique peut gérer chaque défaut individuellement. Selon le physicien Robert Niffenegger, ce dernier est "un processus chronophage en ce moment".
Pièges atomiques et pièges optiques
Ils ont commencé par utiliser un laser de 800 nanomètres pour mettre en place des pièges optiques et geler les atomes métalliques de rubidium à un niveau proche du zéro absolu. Ils maintenaient l'atome en place, accéléraient le piège, le refermaient et le lançaient comme une catapulte pour "lancer" l'atome. L'atome est ensuite capturé par un autre piège laser, qui ralentit pour arrêter l'atome en place.
Dans l'étude la plus récente, les scientifiques ont affirmé que leur approche avait réussi à 94 %. Mais Ahn suggère qu'avec « une température atomique plus basse et des traitements au laser plus stables », cette technique peut atteindre une précision « proche de 100 % ».
Ahn et ses collègues ne sont pas les premiers scientifiques à utiliser des pièges optiques pour résoudre ce problème. Des recherches antérieures ont tenté de guider des atomes entre des régions avec un laser; cependant, cette nouvelle méthode diffère en ce qu'elle permet aux atomes de monter d'eux-mêmes, ce qui peut être plus rapide et plus efficace.
Bien que les scientifiques s'accordent à dire que ce développement pourrait potentiellement accélérer l'informatique quantique, il pourrait également avoir des inconvénients. Niffenegger souligne que cette nouvelle méthode peut ne pas fonctionner aussi bien que des techniques similaires appliquées aux ions : une étude publiée le mois dernier, selon Niffenegger, a montré que les champs électromagnétiques peuvent éliminer les défauts en déplaçant les ions à des vitesses plus élevées et sur de plus longues distances grâce à des conceptions d'ions piégés pour ordinateurs quantiques.
DeMarco partage ce scepticisme. Il dit qu'il ne sait pas si cette approche sera utilisée par d'autres chercheurs de la région ou par des entreprises traitant de l'informatique quantique à atomes neutres. "Par rapport aux techniques standard qui impliquent un réarrangement dynamique, la probabilité de succès de lancer et d'attraper des atomes est relativement faible."
DeMarco poursuit : "De plus, par rapport à d'autres stratégies, cette nouvelle technique introduit beaucoup de complexité technique supplémentaire."
Mais Ahn admet que ce travail en est encore à ses débuts et qu'il n'arrivera pas de sitôt sur les ordinateurs.
Selon Ahn, étant donné que les qubits peuvent être réorganisés dynamiquement pendant l'informatique quantique, leur déplacement pourrait rendre l'informatique quantique plus efficace et plus rapide. Cependant, pour le moment, c'est "trop d'affirmations", nous continuons donc de croire que notre approche pourrait être plus efficace et plus rapide pour la préparation des qubits (pas pour l'informatique quantique directe).
Source : inverse.com/science
📩 23/03/2023 22:39