La maîtrise expérimentale des systèmes quantiques complexes est requise pour les technologies futures telles que les ordinateurs quantiques et le cryptage quantique. Des scientifiques de l'Université de Vienne et de l'Académie autrichienne des sciences ont innové. Ils ont cherché à utiliser des systèmes quantiques plus complexes que les qubits intriqués en deux dimensions et peuvent ainsi augmenter la capacité d'information avec le même nombre de particules. Les méthodes et technologies développées pourraient à l'avenir permettre la téléportation de systèmes quantiques complexes. Les résultats de leur travail, « Intrication expérimentale de Greenberger-Horne-Zeilinger au-delà des qubits, " est publié récemment dans la célèbre revue Photonique de la nature .

Semblable aux bits dans les ordinateurs conventionnels, Les qubits sont la plus petite unité d'information dans les systèmes quantiques. De grandes entreprises comme Google et IBM sont en concurrence avec des instituts de recherche du monde entier pour produire un nombre croissant de qubits intriqués et développer un ordinateur quantique fonctionnel. Mais un groupe de recherche de l'Université de Vienne et de l'Académie autrichienne des sciences poursuit une nouvelle voie pour augmenter la capacité d'information des systèmes quantiques complexes.

L'idée sous-jacente est simple :au lieu d'augmenter simplement le nombre de particules impliquées, la complexité de chaque système est augmentée. "La particularité de notre expérience est que pour la première fois, il enchevêtre trois photons au-delà de la nature bidimensionnelle conventionnelle, " explique Manuel Erhard, premier auteur de l'étude. Dans ce but, les physiciens viennois ont utilisé des systèmes quantiques avec plus de deux états possibles - dans ce cas particulier, le moment angulaire des particules lumineuses individuelles. Ces photons individuels ont désormais une capacité d'information plus élevée que les qubits. Cependant, l'enchevêtrement de ces particules légères s'est avéré difficile sur le plan conceptuel. Les chercheurs ont surmonté ce défi avec une idée révolutionnaire :un algorithme informatique qui recherche de manière autonome une implémentation expérimentale.

Avec l'aide d'un algorithme informatique appelé Melvin, les chercheurs ont trouvé une configuration expérimentale pour produire ce type d'enchevêtrement. En premier, c'était très complexe, mais cela a fonctionné en principe. Après quelques simplifications, les physiciens étaient encore confrontés à des défis technologiques majeurs. L'équipe a pu résoudre ces problèmes avec une technologie laser de pointe et un multi-port spécialement développé. « Ce multi-port est le cœur de notre expérimentation, et combine les trois photons pour qu'ils soient intriqués en trois dimensions, " explique Manuel Erhard.

La propriété particulière de l'intrication à trois photons en trois dimensions permet d'étudier expérimentalement de nouvelles questions fondamentales sur le comportement des systèmes quantiques. En outre, les résultats de ces travaux pourraient également avoir un impact significatif sur les technologies futures, comme la téléportation quantique. "Je pense que les méthodes et technologies que nous avons développées dans cette publication nous permettent de téléporter une proportion plus élevée de l'information quantique totale d'un seul photon, ce qui pourrait être important pour les réseaux de communication quantique, ", dit Anton Zeilinger.