"Beam me up" est l'un des slogans les plus célèbres de la série Star Trek. C'est la commande émise lorsqu'un personnage souhaite se téléporter d'un endroit distant vers le Starship Enterprise.

Alors que la téléportation humaine n'existe que dans la science-fiction, la téléportation est possible dans le monde subatomique de la mécanique quantique, mais pas de la manière généralement décrite à la télévision. Dans le monde quantique, la téléportation implique le transport d'informations, plutôt que le transport de la matière.

L'année dernière, des scientifiques ont confirmé que des informations pouvaient être transmises entre les photons sur des puces informatiques même lorsque les photons n'étaient pas physiquement liés.

Maintenant, selon de nouvelles recherches de l'Université de Rochester et de l'Université Purdue, la téléportation peut également être possible entre les électrons.

Dans un article publié en Communication Nature et un pour apparaître dans Examen physique X , les chercheurs, dont John Nichol, professeur assistant de physique à Rochester, et André Jordan, professeur de physique à Rochester, explorer de nouvelles façons de créer des interactions de mécanique quantique entre des électrons distants. La recherche est une étape importante dans l'amélioration de l'informatique quantique, lequel, à son tour, a le potentiel de révolutionner la technologie, Médicament, et la science en fournissant des processeurs et des capteurs plus rapides et plus efficaces.

"Action effrayante à distance"

La téléportation quantique est une démonstration de ce qu'Albert Einstein a appelé « l'action effrayante à distance », également connue sous le nom d'intrication quantique. Dans l'intrication - l'un des concepts de base de la physique quantique - les propriétés d'une particule affectent les propriétés d'une autre, même lorsque les particules sont séparées par une grande distance. La téléportation quantique implique deux particules intriquées dans lesquelles l'état d'une troisième particule « téléporte » instantanément son état aux deux particules intriquées.

La téléportation quantique est un moyen important pour transmettre des informations en informatique quantique. Alors qu'un ordinateur typique se compose de milliards de transistors, appelés bits, les ordinateurs quantiques codent les informations en bits quantiques, ou qubits. Un bit a une seule valeur binaire, qui peut être "0" ou "1, " mais les qubits peuvent être à la fois " 0 " et " 1 ". La capacité des qubits individuels à occuper simultanément plusieurs états est à la base de la grande puissance potentielle des ordinateurs quantiques.

Les scientifiques ont récemment démontré la téléportation quantique en utilisant des photons électromagnétiques pour créer des paires de qubits intriqués à distance.

Qubits fabriqués à partir d'électrons individuels, cependant, sont également prometteurs pour la transmission d'informations dans les semi-conducteurs.

"Les électrons individuels sont des qubits prometteurs car ils interagissent très facilement les uns avec les autres, et les qubits électroniques individuels dans les semi-conducteurs sont également évolutifs, " dit Nichol. " La création fiable d'interactions à longue distance entre les électrons est essentielle pour l'informatique quantique. "

Créer des paires intriquées de qubits électroniques qui s'étendent sur de longues distances, qui est nécessaire pour la téléportation, s'est avéré difficile, cependant :alors que les photons se propagent naturellement sur de longues distances, les électrons sont généralement confinés à un seul endroit.

Paires d'électrons intriqués

Afin de démontrer la téléportation quantique à l'aide d'électrons, les chercheurs ont exploité une technique récemment développée basée sur les principes du couplage d'échange Heisenberg. Un électron individuel est comme une barre aimantée avec un pôle nord et un pôle sud qui peuvent pointer vers le haut ou vers le bas. La direction du pôle, que le pôle nord pointe vers le haut ou vers le bas, par exemple, est connu comme le moment magnétique de l'électron ou l'état de spin quantique. Si certains types de particules ont le même moment magnétique, ils ne peuvent pas être au même endroit en même temps. C'est-à-dire, deux électrons dans le même état quantique ne peuvent pas s'asseoir l'un sur l'autre. S'ils l'ont fait, leurs états s'échangeraient dans le temps.

Les chercheurs ont utilisé la technique pour distribuer des paires d'électrons enchevêtrés et téléporter leurs états de spin.

« Nous fournissons des preuves d'"échange d'enchevêtrements, ' dans lequel nous créons un enchevêtrement entre deux électrons même si les particules n'interagissent jamais, et 'la téléportation de la porte quantique, ' une technique potentiellement utile pour l'informatique quantique utilisant la téléportation, " Nichol dit. "Notre travail montre que cela peut être fait même sans photons."

Les résultats ouvrent la voie à de futures recherches sur la téléportation quantique impliquant les états de spin de toute la matière, pas seulement des photons, et fournir plus de preuves des capacités étonnamment utiles des électrons individuels dans les semi-conducteurs qubit.