Une équipe de recherche dirigée par l'Université d'Osaka a démontré comment les informations codées dans la polarisation circulaire d'un faisceau laser peuvent être traduites en l'état de spin d'un électron dans une boîte quantique, chacun étant un bit quantique et un ordinateur quantique candidat. La réalisation représente une étape majeure vers un "internet quantique, " dans lequel les futurs ordinateurs pourront envoyer et recevoir rapidement et en toute sécurité des informations quantiques.

Les ordinateurs quantiques ont le potentiel de surpasser largement les systèmes actuels car ils fonctionnent de manière fondamentalement différente. Au lieu de traiter des uns et des zéros discrets, informations quantiques, qu'elles soient stockées dans des spins électroniques ou transmises par des photons laser, peut être dans une superposition de plusieurs états simultanément. De plus, les états de deux ou plusieurs objets peuvent s'emmêler, de sorte que le statut de l'un ne peut être complètement décrit sans celui de l'autre. La gestion des états intriqués permet aux ordinateurs quantiques d'évaluer simultanément de nombreuses possibilités, ainsi que de transmettre des informations d'un endroit à l'autre à l'abri des écoutes.

Cependant, ces états enchevêtrés peuvent être très fragiles, ne dure que quelques microsecondes avant de perdre sa cohérence. Pour réaliser l'objectif d'un Internet quantique, sur lesquels des signaux lumineux cohérents peuvent relayer des informations quantiques, ces signaux doivent pouvoir interagir avec les spins des électrons à l'intérieur d'ordinateurs distants.

Des chercheurs dirigés par l'Université d'Osaka ont utilisé la lumière laser pour envoyer des informations quantiques à une boîte quantique en modifiant l'état de spin d'un seul électron qui y est piégé. Alors que les électrons ne tournent pas dans le sens habituel, ils ont un moment cinétique, qui peut être retourné lors de l'absorption de la lumière laser polarisée circulairement.

" Surtout, cette action nous a permis de lire l'état de l'électron après avoir appliqué la lumière laser pour confirmer qu'il était dans le bon état de spin, " explique le premier auteur Takafumi Fujita. " Notre méthode de lecture a utilisé le principe d'exclusion de Pauli, qui interdit à deux électrons d'occuper exactement le même état. Sur le petit point quantique, il n'y a assez d'espace pour que l'électron passe le soi-disant blocus de spin de Pauli s'il a le bon spin."

Le transfert d'informations quantiques a déjà été utilisé à des fins cryptographiques. "Le transfert d'états de superposition ou d'états intriqués permet une distribution de clés quantiques totalement sécurisée, " L'auteur principal Akira Oiwa dit. " C'est parce que toute tentative d'intercepter le signal détruit automatiquement la superposition, rendant impossible l'écoute sans être détecté."

La manipulation optique rapide de spins individuels est une méthode prometteuse pour produire une plate-forme de calcul général quantique à l'échelle nanométrique. Une possibilité intéressante est que les futurs ordinateurs puissent tirer parti de cette méthode pour de nombreuses autres applications, y compris l'optimisation et les simulations chimiques.