La technologie quantique est considérée comme une technologie importante tournée vers l'avenir :plus petite, plus rapide et avec des performances supérieures à celles de l'électronique conventionnelle. Cependant, exploiter les effets quantiques est difficile car les plus petits éléments constitutifs de la nature ont des propriétés assez distinctes de celles que nous connaissons de notre monde quotidien. Une équipe internationale de chercheurs a maintenant réussi à extraire une manipulation des quanta tolérante aux fautes à partir d'un effet de la mécanique classique.

Le mouvement d'une raquette de tennis dans les airs peut aider à prédire le comportement des quanta. "L'utilisation d'une analogie avec la physique classique nous aide à concevoir et à illustrer plus efficacement les éléments de contrôle des phénomènes du monde quantique, " rapporte Stefan Glaser, professeur au Département de chimie de l'Université technique de Munich (TUM).

« Contrôler les propriétés des quanta et les utiliser dans des processus techniques s'est avéré difficile jusqu'à présent car les quanta adhèrent à leurs propres lois, qui dépassent souvent notre imagination, " explique le scientifique. " Des applications possibles comme des réseaux sécurisés, Les équipements de mesure hautement sensibles et les ordinateurs quantiques ultrarapides en sont donc encore à leurs balbutiements. »

Quanta sous contrôle

« Utiliser les effets quantiques de manière technique en influençant le comportement des particules à travers les champs électromagnétiques nécessitait les méthodes les plus rapides possibles pour développer des séquences de contrôle tolérantes aux pannes, " dit Glaser. " A ce jour, la plupart des méthodes reposent sur des processus de calcul très compliqués."

Avec une équipe internationale de physiciens, chimistes et mathématiciens, le chercheur a maintenant découvert un inattendu, approche prometteuse et novatrice :Utilisation de l'effet raquette de tennis, un phénomène bien connu en mécanique classique, l'altération cohérente du spin des quanta via des commandes de contrôle électromagnétiques peut être visualisée.

Raquette de tennis en mouvement

L'effet raquette de tennis décrit ce qui se passe lorsque l'on lance une raquette de tennis en l'air tout en effectuant une rotation autour d'un axe. Lorsque l'on fait tourner la raquette autour de son axe transversal, un effet surprenant apparaît :en plus de la rotation de 360 ​​degrés prévue autour de son axe transversal, la raquette effectuera presque toujours un retournement inattendu de 180 degrés autour de son axe longitudinal. Lorsque la raquette est attrapée, la face inférieure initiale sera tournée vers le haut.

« Responsable de cet effet sont de minuscules déviations et perturbations pendant le lancer et les différents moments d'inertie le long des trois axes d'un corps asymétrique. L'effet peut également être observé en lançant un livre ou un téléphone portable en l'air - pour une bonne mesure sur une literie moelleuse - au lieu d'une raquette de tennis, » explique Glaser. Les axes les plus longs et les plus courts sont stables. Cependant, l'axe intermédiaire, dans le cas d'une raquette de tennis, l'axe transversal, est instable et même de minuscules agitations déclenchent de manière fiable une rotation supplémentaire de 180 degrés.

Quanta en mouvement

Les quanta possèdent également un moment cinétique, connu sous le nom de rotation. Cela peut être influencé par l'application d'un champ électromagnétique. "Le but de cette technique quantique est de changer l'orientation du spin de manière ciblée, minimisant ainsi les erreurs causées par de petites perturbations, " dit Glaser.

"L'analogie mathématique découverte entre les propriétés géométriques de la physique classique concernant les objets en rotation libre et le contrôle des phénomènes quantiques peut désormais être utilisée pour optimiser le contrôle électromagnétique des états quantiques, " résume le co-auteur, le Pr Dominique Sugny. En plus de l'Université française de Bourgogne, les scientifiques travaillent en tant que boursier Hans Fischer à l'Institut d'études avancées de la TUM.

Nouveau, modèles robustes

En utilisant des mesures du spin nucléaire, l'équipe a pu démontrer expérimentalement que l'effet raquette de tennis améliore réellement la robustesse des séquences de diffusion. Ils ont maintenant publié leurs résultats dans la revue " Rapports scientifiques ."

« Sur la base de ces résultats de recherche, nous pouvons maintenant développer des modèles mathématiques plus efficaces qui permettent d'éviter les erreurs lors du contrôle des processeurs quantiques, " ajoute Glaser. " En s'appuyant sur le phénomène bien compris de la physique classique, nous pouvons non seulement visualiser le développement de séquences de contrôle fiables en technologie quantique, mais aussi les accélérer considérablement."