Des physiciens de l'Université de Bonn ont franchi un autre obstacle sur la voie de la création d'ordinateurs quantiques :dans une étude récente, ils présentent une méthode avec laquelle ils peuvent trier très rapidement et précisément un grand nombre d'atomes. L'ouvrage est maintenant publié dans Lettres d'examen physique .

Imaginez que vous êtes debout dans une épicerie en train d'acheter du jus de pomme. Malheureusement, toutes les caisses sont à moitié vides car d'autres clients ont retiré des bouteilles individuelles au hasard. Vous remplissez donc soigneusement votre caisse bouteille par bouteille. Mais attendez :la caisse voisine est remplie exactement à l'inverse ! Il a des bouteilles où votre caisse a des lacunes. Si vous pouviez soulever ces bouteilles d'un coup et les placer dans votre caisse, il serait plein tout de suite. Vous pourriez vous épargner beaucoup de travail.

Malheureusement, de telles solutions n'existent pas (encore) pour les caisses de boissons à moitié vides. Cependant, Les physiciens de l'Université de Bonn veulent trier des milliers d'atomes comme bon leur semble à l'avenir de cette manière – et en quelques secondes. Autour du monde, les scientifiques recherchent actuellement des méthodes permettant des processus de tri dans le microcosme. La proposition de chercheurs basés à Bonn pourrait faire du développement des futurs ordinateurs quantiques un pas en avant crucial. Cela permet aux atomes d'interagir les uns avec les autres de manière ciblée afin de pouvoir exploiter les effets de la mécanique quantique pour les calculs. En outre, les particules doivent être rapprochées spatialement les unes des autres.

Atomes magnétisés sur des bandes transporteuses optiques

Les physiciens utilisent une propriété particulière des atomes pour créer leur machine de tri :ceux-ci tournent autour de leur propre axe comme de petites toupies. Le sens de rotation – le spin – peut être influencé par les micro-ondes. Les physiciens ont donc initialement mis tous les atomes dans le même sens de rotation dans leur expérience.

Dans cet état, il était possible de charger les particules sur un faisceau laser. Cependant, préalablement, ils ont dû manipuler le laser de manière à ce qu'il corresponde au spin de ses particules – un processus connu sous le nom de polarisation. Les atomes étaient alors retenus par le faisceau laser polarisé de telle manière qu'ils étaient incapables de se déplacer. Chaque particule occupe une place particulière sur le faisceau laser - similaire aux bouteilles dans la caisse.

Cependant, comme dans la caisse à boissons, certains endroits dans le faisceau laser sont également inoccupés. « Nous avons ainsi inversé le sens de rotation de manière très ciblée pour les atomes individuels, " explique le Dr Andrea Alberti, le chef d'équipe à l'Institut de physique appliquée de l'Université de Bonn. "Ces particules n'étaient alors plus captées par notre faisceau laser. Cependant, nous avons pu les attraper avec une seconde, faisceau laser polarisé différemment et ainsi les déplacer comme vous le souhaitez.

La poutre de transport peut, en principe, déplacer autant d'atomes que l'on veut en même temps. Au fur et à mesure que cela se produit, ils conservent leur position les uns par rapport aux autres. Comme dans l'exemple avec les bouteilles, plusieurs particules peuvent ainsi être soulevées à la fois et placées dans les interstices entre d'autres atomes en une seule fois. « Notre méthode de tri est donc extrêmement efficace, " explique l'auteur principal de l'étude, Carsten Robens. « Cela ne fait pas de différence majeure que nous triions des centaines ou des milliers d'atomes – le temps nécessaire n'augmente que légèrement. » Pour le moment, les chercheurs n'ont travaillé qu'avec quatre atomes dans leur expérience, qui est en cours de publication.

En principe, la méthode convient à la création de n'importe quel motif d'atome. Cela le rend intéressant pour les physiciens du solide, par exemple, pour étudier le comportement des cristaux semi-conducteurs dans certaines conditions.