Jigang Wang a patiemment expliqué sa dernière découverte dans le contrôle quantique qui pourrait conduire à des calculs ultrarapides basés sur la mécanique quantique :Il a mentionné la supraconductivité induite par la lumière sans écart énergétique. Il a évoqué des battements quantiques supercourants interdits. Et il a mentionné la rupture de la symétrie à la vitesse térahertz.

Puis il a reculé et a clarifié tout cela. Après tout, le monde quantique de la matière et de l'énergie aux échelles térahertz et nanométriques – des billions de cycles par seconde et des milliardièmes de mètres – est encore un mystère pour la plupart d'entre nous.

"J'aime étudier le contrôle quantique de la supraconductivité dépassant le gigahertz, ou des milliards de cycles par seconde, goulot d'étranglement dans les applications actuelles de calcul quantique de pointe, " dit Wang, professeur de physique et d'astronomie à l'Iowa State University dont les recherches ont été soutenues par le Army Research Office. "Nous utilisons la lumière térahertz comme bouton de commande pour accélérer les supercourants."

La supraconductivité est le mouvement de l'électricité à travers certains matériaux sans résistance. Il se produit généralement à très, températures très froides. Pensez à -400 Fahrenheit pour les supraconducteurs "haute température".

La lumière térahertz est légère à très, très hautes fréquences. Pensez à des milliards de cycles par seconde. Il s'agit essentiellement de rafales de micro-ondes extrêmement puissantes et puissantes qui se déclenchent sur des périodes très courtes.

Wang et une équipe de chercheurs ont démontré qu'une telle lumière peut être utilisée pour contrôler certaines des propriétés quantiques essentielles des états supraconducteurs, y compris le supercourant macroscopique s'écoulant, symétrie brisée et accédant à certaines oscillations quantiques à très haute fréquence considérées comme interdites par la symétrie.

Tout cela semble ésotérique et étrange. Mais cela pourrait avoir des applications très pratiques.

"Les supercourants induits par la lumière tracent une voie à suivre pour la conception électromagnétique des propriétés des matériaux émergents et des oscillations cohérentes collectives pour les applications d'ingénierie quantique, " Wang et plusieurs co-auteurs ont écrit dans un article de recherche qui vient d'être publié en ligne par la revue Photonique de la nature .

En d'autres termes, la découverte pourrait aider les physiciens à "créer des ordinateurs quantiques ultra-rapides en poussant des supercourants, " a écrit Wang dans un résumé des conclusions de l'équipe de recherche.

Trouver des moyens de contrôler, accéder et manipuler les caractéristiques spéciales du monde quantique et les connecter aux problèmes du monde réel est une avancée scientifique majeure de nos jours. La National Science Foundation a inclus le "Quantum Leap" dans ses "10 grandes idées" pour la recherche et le développement futurs.

"En exploitant les interactions de ces systèmes quantiques, technologies de nouvelle génération pour la détection, l'informatique, la modélisation et la communication seront plus précises et efficaces, ", indique un résumé du soutien de la fondation scientifique aux études quantiques. "Pour atteindre ces capacités, les chercheurs ont besoin de comprendre la mécanique quantique pour observer, manipuler et contrôler le comportement des particules et de l'énergie à des dimensions au moins un million de fois plus petites que la largeur d'un cheveu humain."

Wang et ses collaborateurs—Xu Yang, Chirag Vaswani et Liang Luo de l'État de l'Iowa, responsable de l'instrumentation et des expériences térahertz; Chris Sundahl, Jong-Hoon Kang et Chang-Beom Eom de l'Université du Wisconsin-Madison, responsable des matériaux supraconducteurs de haute qualité et de leurs caractérisations ; Martin Mootz et Ilias E. Perakis de l'Université d'Alabama à Birmingham, responsables de la construction de modèles et des simulations théoriques - font avancer la frontière quantique en trouvant de nouveaux états d'écoulement de supercourant macroscopique et en développant des commandes quantiques pour les commuter et les moduler.

Un résumé de l'étude de l'équipe de recherche indique que les données expérimentales obtenues à partir d'un instrument de spectroscopie térahertz indiquent que le réglage des ondes lumineuses térahertz des supercourants est un outil universel "et est essentiel pour pousser les fonctionnalités quantiques à atteindre leurs limites ultimes dans de nombreuses disciplines transversales" telles que ceux mentionnés par la fondation scientifique.

Et donc, les chercheurs ont écrit, "Nous pensons qu'il est juste de dire que la présente étude ouvre une nouvelle arène de l'électronique supraconductrice à ondes lumineuses via le contrôle quantique térahertz pour de nombreuses années à venir."