Les ingénieurs du California Institute of Technology ont montré que les atomes dans les cavités des cavités optiques peuvent devenir l'une des principales technologies pour le fonctionnement de l'Internet quantique. Les chercheurs ont publié leurs travaux dans la revue Nature.
Les réseaux quantiques connecteront les ordinateurs quantiques via un système spécial qui fournira une connexion entre eux. En théorie, les ordinateurs quantiques pourront un jour exécuter certaines fonctions plus rapidement que les systèmes informatiques classiques, en utilisant des propriétés de la mécanique quantique, comme la superposition d'états, qui permet aux bits quantiques d'être à la fois zéro et un en même temps.
Comme pour les ordinateurs classiques, les scientifiques aimeraient connecter plusieurs ordinateurs quantiques pour échanger des données et travailler ensemble - pour créer une sorte d '«Internet quantique». Cela ouvrirait la porte à une variété d'applications, y compris l'informatique quantique distribuée et les communications cryptées. Cependant, un tel réseau doit pouvoir transférer des informations entre deux équipements sans modifier les propriétés quantiques des informations transmises.
Le modèle actuel fonctionne comme ceci: un atome ou un ion agit comme un qubit et stocke des informations sur sa propriété quantique, comme le spin. Pour lire cette information et la transférer à un autre endroit, l'atome doit être excité avec une impulsion de lumière, ce qui l'amène à émettre un photon dont le spin est intriqué avec le spin de l'atome et lui est égal. Le photon peut alors transmettre des informations associées à l'atome sur une longue distance via un câble à fibre optique. Mais le faire est plus difficile qu'il n'y paraît. La plupart des atomes sont sensibles aux fluctuations des champs magnétiques et électriques, ce qui entraîne des erreurs dans le fonctionnement des dispositifs basés sur eux.
Pour surmonter ce problème, les chercheurs de Caltech ont construit un résonateur nanophotonique - une tige d'environ 10 microns de long avec un motif spécial gravé sur sa surface, créée à partir d'un cristal d'orthovanadate d'yttrium. Ensuite, les scientifiques ont placé un ion du métal de terre rare ytterbium Yb 3+ au centre. Lorsque le rayonnement est transmis à travers un tel résonateur, il passe plusieurs fois le long de la tige et, finalement, ayant perdu suffisamment d'énergie, est absorbé par l'ion ytterbium. Les auteurs ont également montré que les cavités du matériau modifient l'environnement de l'ion, grâce auquel le photon émis peut rester dans le matériau jusqu'à 99% du temps, et les scientifiques, entre-temps, peuvent mesurer ses propriétés.
De plus, les ions ytterbium sont capables de stocker des informations dans leur dos pendant 30 millisecondes. Cela suffit pour transmettre des informations à travers les États-Unis continentaux. L'équipe se concentre actuellement sur la création des éléments constitutifs d'un réseau quantique. Ils espèrent ensuite étendre leurs expériences et connecter les deux bits quantiques très éloignés.
Auteur: Nikita Shevtsev