(i) Bien que le fonctionnement interne d'une mémoire quantique soit caché à la vue, si une mémoire peut être simulée par mesure et préparation d'état (correspondant à des canaux de rupture d'intrication) comme indiqué en (ii), alors la mémoire n'est pas véritablement quantique. Crédit :Rosset et al. Publié par l'American Physical Society
Les mémoires quantiques sont des dispositifs qui peuvent stocker des informations quantiques pour une date ultérieure, qui sont généralement mis en œuvre en stockant et en ré-émettant des photons avec certains états quantiques. Mais il est souvent difficile de dire si une mémoire stocke des informations quantiques ou simplement classiques. Dans un nouveau journal, des physiciens ont développé un nouveau test pour vérifier la nature quantique des mémoires quantiques.
Les chercheurs, Denis Rosset, Francesco Buscemi, et Yeong-Cherng Liang, ont publié un article sur le test de la mémoire quantique dans un récent numéro de Examen physique X .
"Les mémoires quantiques sont des composants indispensables des réseaux de communication quantique longue distance et potentiellement même dans un ordinateur quantique à grande échelle, " Liang, un physicien à l'Université nationale Cheng Kung de Taïwan, Raconté Phys.org . "Pour que ces composants remplissent leur fonction, il est essentiel qu'ils puissent conserver, au moins, l'intrication quantique entre certaines entrées de la mémoire et toute autre partie qui n'est pas entrée dans la mémoire. Notre travail trouve le bon équilibre en certifiant tout appareil qui possède cette capacité tout en faisant les hypothèses minimales."
Comme l'expliquent les scientifiques, l'intrication quantique entre le système stocké dans la mémoire et tous les systèmes distants non dans la mémoire doit être maintenue pendant toute la durée de stockage. Si cet enchevêtrement est rompu à tout moment, alors l'appareil ne fonctionne plus comme une mémoire quantique mais plutôt comme un "canal de rupture d'intrication" et par conséquent ne peut transmettre que des informations classiques.
Bien qu'il existe actuellement des tests permettant de vérifier la nature quantique d'une mémoire quantique, ces tests ont certaines limites. Pour un, ils exigent que l'expérimentateur ait confiance que les dispositifs de mesure et de préparation d'état utilisés par la mémoire quantique sont précis. Pour cette raison, ces tests sont appelés protocoles dépendants du périphérique. Cependant, un test qui ne fait aucune supposition ne peut pas être "fidèle, " ce qui signifie qu'il peut ignorer certaines mémoires quantiques authentiques. C'est parce que ces méthodes testent la violation d'une inégalité de Bell comme vérification de l'intrication, ce qui est suffisant mais pas nécessaire, car certains canaux véritablement quantiques ne violent pas les inégalités de Bell et ne passeraient donc pas ce test.
Bien qu'il soit idéal de concevoir un test totalement indépendant du périphérique, les chercheurs expliquent qu'il n'est pas possible de tester un seul souvenir de cette manière, même en principe, en raison de la nécessité de tester la mémoire quantique à deux moments différents. Cependant, leur nouveau test est indépendant de l'appareil de mesure, ce qui signifie qu'il faut toujours faire confiance au dispositif de préparation d'état, mais aucune hypothèse ne doit être faite concernant l'appareil de mesure. Le nouveau test est également fidèle, ce qui signifie qu'il peut identifier correctement toutes les mémoires quantiques qui fonctionnent comme des canaux quantiques sans intrication.
Le nouveau test utilise un cadre semi-quantique très similaire à celui utilisé dans certains tests d'intrication dans les états quantiques, où l'intrication renvoie à des corrélations dans l'espace, contrairement à l'intrication temporelle dans les mémoires quantiques. Les protocoles conventionnels pour tester les corrélations de type spatial utilisent souvent deux caractères, Alice en tant qu'expéditeur et Bob en tant que récepteur d'états quantiques. Mais puisque les mémoires quantiques impliquent des corrélations temporelles, le protocole n'a besoin que d'un seul caractère, que les chercheurs appellent Abby, agir à la fois comme expéditeur et destinataire à des moments différents. Dans le test proposé dans la nouvelle étude, en comparant les fréquences relatives des signaux qu'Abby envoie et reçoit, il est possible d'estimer l'intrication temporelle et donc de certifier qu'une mémoire quantique peut stocker des informations quantiques.
Les chercheurs ont montré que le nouveau test est robuste contre le bruit et les pertes, et ils s'attendent à ce qu'il soit possible d'effectuer expérimentalement le test avec la technologie actuelle. Le test fournirait alors un outil très utile pour le développement futur des mémoires quantiques.
"Dans le développement de nouvelles technologies quantiques, il est crucial qu'il existe un moyen fiable de comparer les composants pertinents et de s'assurer qu'ils fonctionnent comme prévu, ", a déclaré Liang. "Nos résultats fournissent un moyen de certifier l'une des caractéristiques les plus importantes de ces composants tout en s'assurant que nous ne faisons pas plus d'hypothèses que nécessaire. Avec ces tests, nous espérons que cela simplifiera les procédures de contrôle qualité des dispositifs quantiques tout en ne tombant pas dans le piège de faire des hypothèses injustifiables."
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