Enchevêtrement, une puissante forme de corrélation entre les systèmes quantiques, est une ressource importante pour l'informatique quantique. Des chercheurs du groupe Optomécanique quantique de l'Institut Niels Bohr, Université de Copenhague, a récemment enchevêtré deux faisceaux laser en les faisant rebondir sur le même résonateur mécanique, une membrane tendue. Cela fournit une nouvelle façon d'enchevêtrer des champs électromagnétiques disparates, du rayonnement micro-ondes aux faisceaux optiques. En particulier, créer un enchevêtrement entre les champs optiques et micro-ondes serait une étape clé vers la résolution du défi de longue date du partage de l'intrication entre deux ordinateurs quantiques distants fonctionnant dans le régime des micro-ondes. Le résultat est maintenant publié dans Communication Nature .

Dans un futur Internet quantique, c'est l'internet des ordinateurs quantiques, l'intrication doit être partagée entre deux ordinateurs quantiques distants. Cela se fait généralement avec des liaisons électromagnétiques comme les fibres optiques. Présentement, l'un des systèmes quantiques les plus avancés est basé sur des circuits supraconducteurs, qui fonctionnent dans le régime des micro-ondes. Aussi avancé soit-il, connecter de tels ordinateurs dans des réseaux pose toujours un défi de taille :les micro-ondes ne peuvent pas se propager loin sans perte, ce qui est préjudiciable aux tâches d'informatique quantique. Une façon d'atténuer ce problème est d'entremêler d'abord les micro-ondes avec des champs optiques, puis utiliser des liaisons optiques, avec une perte bien moindre, pour les communications longue distance. Cependant, en raison de la grande différence de longueurs d'onde (millimètres pour les micro-ondes et micromètres pour la lumière), cette conversion reste un défi.

Les objets vibrent lorsqu'ils sont bombardés par des particules lumineuses

Lorsqu'un champ électromagnétique, c'est-à-dire un faisceau laser, se réfléchit sur un objet vibrant, il peut lire la vibration. Il s'agit d'un effet largement utilisé dans la détection optique. D'autre part, un champ électromagnétique est composé de photons, balles énergétiques de lumière. Lorsque la lumière rebondit sur l'objet, les photons le bombardent, entraînant des vibrations supplémentaires. Cette vibration supplémentaire est appelée réaction quantique. La réflexion de deux champs électromagnétiques sur le même objet mécanique fournit une interaction efficace entre les champs. Une telle interaction a lieu quelle que soit la longueur d'onde des deux champs. Puis, cette interaction peut être exploitée pour créer un enchevêtrement entre les deux champs, indépendamment de leurs longueurs d'onde, par exemple. entre micro-ondes et optique. Bien que la réaction quantique puisse être importante pour des objets aussi petits qu'un atome, seulement ces dernières années, les chercheurs ont pu fabriquer des dispositifs mécaniques macroscopiques si sensibles pour observer cet effet.

Le dispositif mécanique ultra-sensible médie l'enchevêtrement

Dans leur travail maintenant rapporté, les chercheurs du groupe Quantum Optomechanics utilisent une membrane mince, 3x3 mm de large, en nitrure de silicium et percé d'un motif de trous qui isole le mouvement du plot central. Cela rend l'appareil suffisamment sensible pour montrer une réaction quantique. Ils font briller deux lasers sur la membrane simultanément, où un laser voit la réaction quantique de l'autre, et vice versa. De cette façon, fortes corrélations, et bien l'enchevêtrement, est généré entre deux lasers. "On pourrait dire que les deux lasers "parlent" à travers le mouvement de la membrane, " dit Junxin Chen, qui a travaillé sur le projet pendant son doctorat, et est l'un des principaux auteurs de l'article scientifique.

"L'oscillateur à membrane fonctionne comme un média d'interaction, parce que les lasers ne se parlent pas directement, les photons n'interagissent pas eux-mêmes, uniquement à travers l'oscillateur. » Junxin Chen dit en outre, "l'interaction entre les photons et la membrane est indépendante de la longueur d'onde, permettant en principe l'intrication optique micro-onde. à laquelle fonctionnent les ordinateurs quantiques supraconducteurs aujourd'hui. Des expériences dans ce sens sont en cours à l'Institut Niels Bohr.