Impression d'artiste de deux oscillateurs mécaniques qui sont amenés dans un état intriqué quantique à travers un champ lumineux à l'intérieur d'un interféromètre optique. Les deux systèmes présentent des corrélations plus fortes que celles classiquement possibles, souvent appelée action effrayante à distance. Cette démonstration d'intrication entre des systèmes d'ingénierie pourrait aider à réaliser directement un réseau quantique. Crédit :Moritz Forsch. Institut Kavli de nanosciences, Université de technologie de Delft
Dans les années récentes, les oscillateurs mécaniques nanofabriqués sont devenus une plate-forme prometteuse pour les applications d'information quantique. L'intrication quantique de résonateurs optomécaniques conçus offrirait une voie convaincante vers des réseaux quantiques évolutifs. Des chercheurs de la TU Delft et de l'Université de Vienne ont maintenant observé cet enchevêtrement et rapportent leurs conclusions dans l'édition de cette semaine de La nature .
Les vibrations se comportent comme des ondes, mais la mécanique quantique prédit également que le mouvement ondulatoire consiste en de minuscules paquets d'énergie discrets appelés phonons. En septembre 2017, l'équipe de chercheurs de la TU Delft et de l'Université de Vienne a démontré un nouveau niveau de contrôle quantique de ces vibrations à l'aide d'impulsions laser. Ils ont créé des excitations de phonons individuelles et confirmé leur aspect particulaire fondamental. La création et la vérification de ces phonons uniques ont été une étape importante vers le contrôle quantique optique complet du mouvement mécanique.
Maintenant, ils ont franchi une nouvelle étape importante en créant un enchevêtrement entre deux de ces résonateurs micromécaniques médiés par des photons de « télécom ». L'intrication est connue sous le nom d'"action effrayante à distance" entre deux objets qui ne peuvent être décrits qu'avec la théorie quantique.
"L'intrication est une ressource cruciale pour les réseaux de communication quantique, " déclare le professeur Simon Gröblacher de l'Institut Kavli des nanosciences à la TU de Delft. " La capacité de répartir l'intrication entre les mémoires quantiques distantes est particulièrement importante. Des réalisations antérieures ont utilisé des systèmes tels que des atomes noyés dans des cavités, mais ici, nous introduisons une plate-forme à l'état solide purement nanofabriquée sous la forme de microrésonateurs à base de puces - de petits faisceaux de silicium qui confinent simultanément la lumière et les vibrations. En étendant le contrôle de quanta mécaniques uniques à plusieurs dispositifs, nous démontrons l'enchevêtrement entre de tels dispositifs micromécaniques sur deux puces séparées de 20 cm."
Les dispositifs utilisés sont constitués de faisceaux de silicium de taille micrométrique. Ils sont structurés de manière à ce que leurs vibrations puissent être «écrites» sur des impulsions laser qui les traversent et vice versa. Les faisceaux vibrants sont constitués de 8 milliards d'atomes chacun, ont la taille d'une cellule, et peut donc être facilement vu avec une loupe ou un microscope.
"Les dispositifs optomécaniques nano-usinés sont une plate-forme très prometteuse pour le traitement intégré de l'information quantique avec des phonons, que les paramètres du système, comme la longueur d'onde de conversion optique et les temps de mémoire quantique, peut être librement adapté à travers la conception. Par exemple, nous avons délibérément choisi la longueur d'onde optique de l'appareil pour être dans la bande de télécommunication, qui est généralement utilisé dans la distribution d'Internet à haut débit. Ainsi, nous montrons que des réseaux quantiques pourraient être construits en utilisant des fibres optiques conventionnelles en combinaison avec nos appareils, ", explique le Dr Sungkun Hong de l'Université de Vienne.
Un autre avantage clé est que leurs dispositifs peuvent être intégrés sur une puce avec d'autres systèmes quantiques à semi-conducteurs. Les auteurs, par exemple, s'attendent à ce que leurs appareils puissent potentiellement être interfacés avec des circuits quantiques supraconducteurs et utilisés comme "ports Ethernet" quantiques qui transfèrent les informations quantiques entre les circuits et les signaux optiques.
"La prochaine étape sera de construire un réseau composé de plusieurs poutres et fonctionnant sur des centaines de mètres, peut-être même plusieurs kilomètres, nous rapprocher de la réalisation d'un système pouvant être utilisé pour des applications quantiques réelles, " déclare le professeur Gröblacher. " Nous ne voyons aucun obstacle fondamental à prendre ces mesures dans les prochaines années. "
