Si nous pouvons l'exploiter, la technologie quantique promet de nouvelles possibilités fantastiques. Mais d'abord, les scientifiques doivent amener les systèmes quantiques à rester attachés pendant plus de quelques millionièmes de seconde.

Une équipe de scientifiques de la Pritzker School of Molecular Engineering de l'Université de Chicago a annoncé la découverte d'une modification simple qui permet aux systèmes quantiques de rester opérationnels — ou « cohérents »—10, 000 fois plus longtemps qu'avant. Bien que les scientifiques aient testé leur technique sur une classe particulière de systèmes quantiques appelés qubits à l'état solide, ils pensent qu'il devrait être applicable à de nombreux autres types de systèmes quantiques et pourrait ainsi révolutionner la communication quantique, calcul et détection.

L'étude a été publiée le 13 août dans Science .

"Cette percée jette les bases de nouvelles voies de recherche passionnantes en science quantique, " a déclaré l'auteur principal de l'étude, David Awschalom, le professeur de la famille Liew en génie moléculaire, scientifique principal au Laboratoire national d'Argonne et directeur du Chicago Quantum Exchange. « La large applicabilité de cette découverte, couplé à une mise en œuvre remarquablement simple, permet à cette cohérence robuste d'avoir un impact sur de nombreux aspects de l'ingénierie quantique. Cela permet de nouvelles opportunités de recherche que l'on pensait auparavant irréalisables."

Au niveau des atomes, le monde fonctionne selon les règles de la mécanique quantique, très différentes de ce que nous voyons autour de nous dans notre vie quotidienne. Ces différentes règles pourraient se traduire par des technologies telles que des réseaux pratiquement inpiratables ou des ordinateurs extrêmement puissants; le département américain de l'Énergie a publié un plan pour le futur Internet quantique lors d'un événement à UChicago le 23 juillet. espace stable pour opérer, car ils sont facilement perturbés par les bruits de fond provenant des vibrations, changements de température ou champs électromagnétiques parasites.

Ainsi, les scientifiques essaient de trouver des moyens de maintenir la cohérence du système le plus longtemps possible. Une approche courante consiste à isoler physiquement le système de l'environnement bruyant, mais cela peut être lourd et complexe. Une autre technique consiste à rendre tous les matériaux aussi purs que possible, ce qui peut coûter cher. Les scientifiques d'UCicago ont adopté une approche différente.

« Avec cette approche, nous n'essayons pas d'éliminer le bruit dans l'environnement; au lieu, nous "trompons" le système en lui faisant croire qu'il ne ressent pas le bruit, " a déclaré le chercheur postdoctoral Kevin Miao, le premier auteur de l'article.

En tandem avec les impulsions électromagnétiques habituelles utilisées pour contrôler les systèmes quantiques, l'équipe a appliqué un champ magnétique alternatif continu supplémentaire. En réglant précisément ce champ, les scientifiques pourraient rapidement faire tourner les spins des électrons et permettre au système de « régler » le reste du bruit.

"Pour avoir une idée du principe, c'est comme s'asseoir sur un manège avec des gens qui crient tout autour de vous, " expliqua Miao. " Quand le trajet est immobile, vous pouvez les entendre parfaitement, mais si vous tournez rapidement, le bruit se brouille dans un arrière-plan."

Ce petit changement a permis au système de rester cohérent jusqu'à 22 millisecondes, quatre ordres de grandeur plus élevés que sans la modification et bien plus longs que tout autre système de spin électronique précédemment rapporté. (En comparaison, un clin d'œil prend environ 350 millisecondes). Le système est capable d'éliminer presque complètement certaines formes de fluctuations de température, vibrations physiques, et le bruit électromagnétique, qui détruisent généralement la cohérence quantique.

La solution simple pourrait débloquer des découvertes dans pratiquement tous les domaines de la technologie quantique, disaient les scientifiques.

"Cette approche crée une voie vers l'évolutivité, " a déclaré Awschalom. " Cela devrait rendre pratique le stockage d'informations quantiques dans le spin électronique. Des temps de stockage prolongés permettront des opérations plus complexes dans les ordinateurs quantiques et permettront aux informations quantiques transmises par des dispositifs basés sur le spin de parcourir de plus longues distances dans les réseaux. »

Bien que leurs tests aient été effectués dans un système quantique à l'état solide utilisant du carbure de silicium, les scientifiques pensent que la technique devrait avoir des effets similaires dans d'autres types de systèmes quantiques, comme les bits quantiques supraconducteurs et les systèmes quantiques moléculaires. Ce niveau de polyvalence est inhabituel pour une telle percée technique.

"Il y a beaucoup de candidats pour la technologie quantique qui ont été écartés parce qu'ils ne pouvaient pas maintenir la cohérence quantique pendant de longues périodes de temps, ", a déclaré Miao. "Ceux-ci pourraient être réévalués maintenant que nous avons ce moyen d'améliorer massivement la cohérence.

"La meilleure partie est, c'est incroyablement facile à faire, " il a ajouté. " La science derrière elle est complexe, mais la logistique de l'ajout d'un champ magnétique alternatif est très simple."