Une étude allemande nous rapproche un peu plus de l'informatique quantique
Une équipe de chercheurs de l'Institut Max Planck pour l'optique quantique en Allemagne a fait d'importants progrès en matière d'informatique quantique et de simulation de systèmes de matière condensée, suite aux découvertes réalisées dans le domaine de la manipulation d'atomes. Les résultats de leur étude ont été présentés dans la revue Nature. Les travaux ont été soutenus par les projets AQUTE («Atomic quantum technologies») et NAME-QUAM («Nanodesigning of atomic and molecular quantum matter»), tous deux financés au titre du domaine thématique «Technologies de l'information et de la communication» du septième programme-cadre (7e PC). Un financement supplémentaire provenait de deux subventions Marie Curie accordées à des membres de l'équipe de recherche. À l'aide d'un faisceau laser, les scientifiques ont pu manipuler des atomes uniques dans un réseau de lumière et modifier leur état de spin. Ils ont pu exercer un contrôle total sur les atomes individuels et «inscrire» des schémas arbitraires bidimensionnels. Les atomes de rubidium refroidis au laser ont été chargés dans un cristal artificiel de lumière, créé par superposition de plusieurs faisceaux laser. Là, ils ont été conservés dans un réseau de lumière d'une manière que l'équipe a décrit comme permettant de maintenir des billes dans les trous d'un carton d'oeufs. Le réseau de lumière a légèrement déformé la couche électronique d'un atome ce qui a provoqué une différence énergétique entre les deux états de spin. En prenant avantage de la versatilité des atomes ultra froids dans les réseaux optiques, les chercheurs ont pu obtenir un niveau de contrôle élevé sur l'expérience. Les scientifiques ont démontré comment un tel contrôle a établi le niveau le plus fondamental d'un spin unique sur un site spécifique dans un réseau optique. En partant d'un arrangement de 16 atomes liés ensemble dans des sites de réseaux voisins comme un collier de perles, les scientifiques ont étudié ce qui se passe lorsque le réseau est si bas que les particules subissent l'effet tunnel conformément aux règles de mécanique quantique. Les résultats ont montré qu'ils se déplaçaient d'un site à l'autre, même si leur énergie ne suffisait pas à traverser la barrière entre les trous du réseau. En alignant les atomes, ils ont pu observer directement leur dynamique de tunnel en ce que l'on appelle communément un duel d'atomes. «Dès que la hauteur du réseau atteint le niveau propice à l'effet tunnel, les particules commencent à se déplacer comme si elles participaient à une course de chevaux», décrit le chercheur Christof Weitenberg. «En prenant des clichés des atomes dans le réseau à différents moments après le 'signal de départ', nous avons pu observer l'effet mécanique du tunnel des particules massives dans un réseau optique pour la toute première fois.» La recherche se base sur les travaux antérieurs entrepris par l'équipe. Il y a plusieurs mois, ils ont montré que chaque site du réseau optique peut être rempli par exactement un atome. Ils ont désormais pu manipuler les atomes d'un réseau de manière individuelle et de modifier leur état énergétique. «Nous avons pu démontrer que nous pouvons manipuler les atomes séparément. Pour qu'un atome soit conforme au bit quantique, nous devons générer des superpositions cohérentes des deux états de spin», explique le chercheur Stefan Kuhr. «Une prochaine étape serait de réaliser des opérations élémentaires logiques entre deux atomes sélectionnés dans le réseau, c'est-à-dire les portes quantiques». Les objectifs généraux du projet AQUTE sont de développer des technologies quantiques fondées sur les systèmes atomiques, moléculaires et optiques (AMO) pour des technologies d'informatique et d'intrication quantique, telles que la métrologie et la détection. Le projet espère également établir et exploiter de nouvelles relations interdisciplinaires découlant de la physique AMO. De même, le projet NAME-QUAM étudie la technologie de matière quantique des molécules/atomes ultra froids pour des tâches computationnelles d'informatique quantique. Le but du projet est de développer de nouvelles techniques pour l'ingénierie quantique et le contrôle quantique d'atomes et molécules ultra froids confinés dans des nanostructures périodiques.Pour de plus amples informations, consulter: Institut Max Planck pour l'optique quantique: http://www.quantum-munich.de
Pays
Allemagne