Nuage refroidi et piégé d'atomes froids utilisé pour réaliser le protocole de mémoire quantique. Les atomes résident au centre de la chambre à vide, autour duquel sont visibles les bobines magnétiques nécessaires pour piéger les atomes. La couleur bleue est causée par deux lasers dans le proche infrarouge illuminant les atomes et entraînant une transition à deux photons, qui se traduit par une émission spontanée de lumière bleue visible. (Source :FUW, Mateusz Mazelanik) Crédit :FUW, Mateusz Mazelanik
Le domaine émergent du traitement de l'information quantique parallélisé ouvre de nouvelles possibilités pour des mesures précises, communication et imagerie. Le contrôle précis de plusieurs photons stockés permet une gestion efficace de ces informations subtiles en grande quantité. Dans le Laboratoire de Mémoires Quantiques de la Faculté de Physique, Université de Varsovie, un groupe d'atomes refroidis par laser a été utilisé comme mémoire pouvant stocker jusqu'à 665 états quantiques de lumière simultanément. Les résultats expérimentaux ont été publiés dans Communication Nature .
Chaque tâche de traitement de l'information nécessite de la mémoire. La mémoire quantique est capable de stocker et de récupérer à la demande des états quantiques. Le paramètre clé d'une telle mémoire est sa capacité, le nombre de qubits (bits quantiques) que la mémoire peut traiter efficacement. L'opération simultanée sur de nombreux qubits est la clé d'un calcul parallèle quantique efficace, offrant de nouvelles possibilités dans les domaines de l'imagerie ou de la communication.
La génération à la demande de nombreux photons reste un défi majeur pour les groupes expérimentaux traitant de l'information quantique. Pour une méthode largement utilisée de multiplexage d'émetteurs à photon unique dans un réseau, la complexité du système augmente avec ses avantages. En utilisant la mémoire quantique, les chercheurs peuvent générer un groupe d'une douzaine de photons en quelques secondes plutôt qu'en années. Le multiplexage spatial aidé par une caméra sensible à un seul photon s'impose comme un moyen efficace d'obtenir une grande capacité à faible coût.
Au Laboratoire Mémoires Quantiques (Faculté de Physique, Université de Varsovie), les chercheurs ont construit une telle mémoire de grande capacité. Le système détient un record mondial pour la plus grande capacité, comme d'autres expériences n'ont exploité que des dizaines d'états de lumière indépendants. Le cœur de l'installation comprend un piège dit magnéto-optique (MOT). Un groupe d'atomes de rubidium à l'intérieur d'une chambre à vide en verre est piégé et refroidi par des lasers en présence d'un champ magnétique à environ 20 micro-Kelvins. L'interface mémoire-atomes de lumière est basée sur la diffusion de la lumière hors résonance. Dans le processus d'écriture, le nuage d'atomes est éclairé par un faisceau laser, résultant en une diffusion de photons.
Chaque photon diffusé est émis dans une direction aléatoire et enregistré sur une caméra sensible. Les informations sur les photons diffusés sont stockées à l'intérieur de l'ensemble atomique sous la forme d'excitations collectives – des ondes de spin qui peuvent être récupérées à la demande comme un autre groupe de photons. En mesurant les corrélations entre les angles d'émission des photons créés pendant le processus d'écriture et de lecture, les chercheurs ont déterminé que la mémoire est, En effet, quantum, et que les propriétés de l'état de lumière généré ne peuvent pas être décrites par l'optique classique. Le prototype de mémoire quantique de la Faculté de physique de l'Université de Varsovie utilise désormais deux tables optiques et fonctionne à l'aide de neuf lasers et de trois ordinateurs de contrôle.
