Un banc de test nanométrique pour les comportements quantiques
Des progrès impressionnants dans les méthodes expérimentales et théoriques ont ouvert une fenêtre sur un tout nouveau monde, celui de la physique quantique. À ce niveau, le comportement de la matière défie les descriptions la mécanique classique, et il semble que tout peut arriver. Cependant, la gestion de toutes ces interactions atomiques et subatomiques via le calcul de problèmes à nombreux corps peut dépasser les capacités actuelles. Des scientifiques ont donc conçu un simulateur quantique expérimental, pour faciliter la formulation et le test d'hypothèses relatives aux comportements complexes des systèmes quantiques. Les chercheurs du projet MOQUASIMS (Memory-enabled optical quantum simulators), financé par l'UE, ont aussi fabriqué et utilisé un système quantique pour capturer des photons et les maintenir dans des certains états d'excitation atomique. Ils ont ainsi créé les bases du tout premier simulateur quantique programmable, capable d'un stockage sur mémoire optique, via l'intégration des deux systèmes. Le système de mémoire quantique stocke une lumière large bande dans une vapeur de césium à température normale. Le fonctionnement à cette température est une réalisation remarquable. Tout devient possible sans refroidissement ni chauffage extrêmes, ce qui simplifie considérablement le dispositif et augmente la probabilité de réussite, tout comme celle de l'adoption des résultats car ceci diminue les investissements et les difficultés opérationnelles. Les chercheurs ont apporté des solutions au bruit constaté, ce qui a permis de stocker et de récupérer des photons mobiles sur une largeur de bande du GHz, de manière programmable et dans des conditions de très faible bruit. En particulier, le système peut transporter de manière fiable un seul photon, avec une durée de cycle de l'ordre de la nanoseconde. Ensuite, les chercheurs ont créé un réseau intégré tout optique, sous forme d'une puce photonique très complexe, capable de simuler une multitude de phénomènes quantiques intéressants. Ils ont déjà utilisé ce modèle simplifié pour conduire diverses expériences quantiques comme la simulation d'un analogue quantique d'un système photosynthétique. L'étape finale consistera à intégrer les deux. Ceci devrait autoriser des expériences jusqu'ici impossibles, mais aussi avoir des applications pratiques comme le développement de communications sécurisées inconditionnelles, des calculs ultra rapides ou des mesures extrêmement précises. Le projet MOQUASIMS a fourni un nouvel outil très puissant, susceptible de révolutionner les interactions, entre nous et avec le monde qui nous entoure.
Mots‑clés
Quantique, simulateur quantique, photons, stockage a mémoire optique, physique quantique