Alors que la technologie quantique continue de s'imposer, l'investissement se fait à l'échelle mondiale. Bientôt, nous pourrions voir des améliorations dans les modèles d'apprentissage automatique, évaluation des risques financiers, l'efficacité des catalyseurs chimiques et la découverte de nouveaux médicaments.

Comme de nombreux scientifiques, les entreprises et les gouvernements se précipitent pour investir dans la nouvelle ère de la technologie quantique, un élément crucial de cette vague d'innovation est le capteur quantique. Améliorer ces appareils pourrait signifier des ordinateurs plus puissants, de meilleurs détecteurs de maladies et des avancées technologiques que les scientifiques ne peuvent même pas encore prévoir.

Une étude scientifique de l'Institute for Molecular Engineering de l'Université de Chicago publiée le 17 octobre dans Communication Nature pourrait avoir des implications passionnantes pour le monde en développement de la détection quantique et la technologie quantique dans son ensemble.

« Nous avons pris une idée récemment proposée pour fabriquer de meilleurs capteurs optiques classiques et nous avons demandé si la même idée fonctionnerait dans un cadre quantique, " dit Aashish Clerk, l'un des auteurs de l'étude et professeur à l'Institute for Molecular Engineering. "Nous avons constaté que cette idée ne fonctionne pas vraiment dans les paramètres quantiques, mais qu'une autre approche quelque peu connexe pourrait vous donner un énorme avantage."

Dans un cadre quantique, les capteurs optiques sont généralement limités car la lumière est composée de particules, et cette discrétion conduit à un bruit inévitable. Mais cette étude a révélé une méthode inattendue pour lutter contre cette limitation.

"Nous pensons avoir découvert une nouvelle stratégie pour construire des capteurs quantiques extrêmement puissants, " continua le greffier.

Le chemin vers le principe directionnel

Greffier et co-auteur Hoi-Kwan Lau, un chercheur postdoctoral à UChicago, ont été inspirés par des études récentes de haut niveau qui ont montré comment améliorer considérablement une technique de détection optique commune. Le "truc" consiste à régler les systèmes à un point exceptionnel, ou un point auquel deux ou plusieurs modes de lumière se rejoignent à une fréquence spécifique.

Lau et Clerk voulaient voir si cette méthode pouvait réussir dans des environnements où les effets quantiques étaient importants. L'objectif était de prendre en compte le bruit "quantique" inévitable - les fluctuations associées au fait que la lumière a à la fois un caractère ondulatoire et particulaire, Le greffier a expliqué.

L'étude a révélé que la technique du point exceptionnel était inutile dans un cadre quantique, mais la recherche a quand même conduit à des résultats prometteurs.

"La bonne nouvelle est que nous avons trouvé un autre moyen de construire un nouveau type de capteur puissant qui présente des avantages même dans les régimes quantiques, " Dit Clerk. " L'idée est de construire un système qui est " directionnel, ' ce qui signifie que les photons ne peuvent se déplacer que dans une seule direction."

Ce principe directionnel, basé sur le fait que les photons ne peuvent se déplacer que dans une seule direction, est un tout nouveau développement dans la détection quantique.

Nouveaux développements en détection quantique

En termes d'applications réelles, des capteurs quantiques très efficaces pourraient changer la donne. Les systèmes quantiques sont sensibles aux moindres changements environnementaux, ces détecteurs ont donc le potentiel d'être incroyablement puissants.

En outre, certains des aspects les plus étranges du comportement quantique, comme l'intrication quantique, pourrait les rendre encore plus forts. Intrication quantique, un phénomène déroutant même pour les scientifiques, décrit comment deux particules peuvent être séparées par une grande distance alors que les actions effectuées sur une particule affectent immédiatement l'autre. Cet enchevêtrement peut être exploité pour rendre les capteurs quantiques étonnamment résistants à certains types de bruit.

À l'avenir, les nouveaux développements de la détection quantique pourraient se traduire par des avancées significatives dans divers domaines. La classe de capteurs optiques décrite dans l'étude peut être utilisée pour détecter des virus dans les liquides, par exemple. Ils peuvent également servir de dispositifs de lecture pour les bits quantiques dans un ordinateur quantique supraconducteur.

« Nous pensons que notre idée a le potentiel de générer des améliorations majeures dans plusieurs de ces applications, " expliqua Greffier.

Les implications de l'étude pour l'informatique quantique sont particulièrement intéressantes. Non seulement les ordinateurs quantiques ont le potentiel d'augmenter considérablement les vitesses de calcul, mais ils pourraient également s'attaquer à des problèmes totalement irréalisables avec l'informatique traditionnelle.

Lau et Clerk prévoient de poursuivre leurs recherches sur leur technique de détection améliorée. Clerk a encore beaucoup de questions :« Qu'est-ce qui détermine la vitesse de notre capteur ? Existe-t-il des limites fondamentales à sa vitesse ? Peut-il être utilisé pour détecter des signaux qui ne sont pas nécessairement petits ? »

Leur plus grand espoir, Le greffier a expliqué, est d'inspirer d'autres chercheurs à construire des capteurs quantiques améliorés qui exploitent ce principe nouvellement découvert.