La chambre à ultravide où les atomes de rubidium sont refroidis et excités par laser. Crédit :Deniz Yavuz
Un groupe de physiciens de l'Université du Wisconsin-Madison a identifié des conditions dans lesquelles des atomes relativement distants communiquent entre eux d'une manière qui n'avait été observée auparavant que dans des atomes plus proches les uns des autres, un développement qui pourrait avoir des applications en informatique quantique.
Les découvertes des physiciens, publié le 14 octobre dans la revue Examen physique A , ouvrir de nouvelles perspectives de génération d'atomes intriqués, le terme donné aux atomes qui partagent des informations à de grandes distances, qui sont importants pour les communications quantiques et le développement des ordinateurs quantiques.
"Construire un ordinateur quantique est très difficile, une approche consiste donc à créer des modules plus petits qui peuvent communiquer entre eux, " dit Deniz Yavuz, un professeur de physique UW-Madison et auteur principal de l'étude. "Cet effet que nous voyons pourrait être utilisé pour augmenter la communication entre ces modules."
Le scénario à portée de main dépend de l'interaction entre la lumière et les électrons qui gravitent autour des atomes. Un électron qui a été frappé par un photon de lumière peut être excité à un état d'énergie plus élevé. Mais les électrons détestent l'excès d'énergie, ils l'ont donc rapidement éliminé en émettant un photon dans un processus connu sous le nom de désintégration. Les photons libérés par les atomes ont moins d'énergie que ceux qui ont stimulé l'électron - le même phénomène qui provoque la fluorescence de certains produits chimiques, ou des méduses pour avoir un anneau vert brillant.
"Maintenant, le problème devient très intéressant si vous avez plus d'un atome, " dit Yavuz. " La présence d'autres atomes modifie la désintégration de chaque atome; ils se parlent."
Dans leurs expériences, Les physiciens de l'UW-Madison dirigés par Deniz Yavuz ont immobilisé un groupe d'atomes de rubidium en les refroidissant au laser jusqu'à un peu au-dessus du zéro absolu. Puis, ils ont fait briller un laser à la longueur d'onde d'excitation du rubidium pour dynamiser les électrons. Crédit :Yavuz Lab
Si un seul atome se désintègre en une seconde, par exemple, alors un groupe du même type d'atomes peut se désintégrer en moins ou plus d'une seconde. Le moment dépend des conditions, mais tous les atomes se désintègrent au même rythme, soit plus rapidement, soit plus lentement. Jusque là, ce type de corrélation n'a été observé que si les atomes sont à environ une longueur d'onde de la lumière émise les uns par rapport aux autres. Pour les atomes de rubidium, utilisé par Yavuz et ses collègues, cela signifie à moins de 780 nanomètres, juste à la limite entre la longueur d'onde de la lumière rouge et infrarouge.
Les scientifiques voulaient voir comment de plus grandes distances entre les atomes affecteraient la désintégration des atomes de rubidium. Si l'idée dominante était correcte, alors deux atomes de rubidium plus éloignés de 780 nanomètres agiraient comme des atomes individuels, chacun donnant le profil de désintégration caractéristique d'un seul atome.
La chambre dans l'obscurité montre des atomes de rubidium faiblement brillants au centre. Crédit :Deniz Yavuz
Dans leurs expériences, ils ont d'abord immobilisé un groupe d'atomes de rubidium en les refroidissant au laser juste légèrement au-dessus du zéro absolu, la température à laquelle le mouvement atomique cesse. Puis, ils ont fait briller un laser à la longueur d'onde d'excitation du rubidium pour dynamiser les électrons, qui se désintègrent en émettant un photon à la caractéristique 780 nm. Ils pourraient ensuite mesurer l'intensité de ce photon émis au fil du temps et la comparer au profil de désintégration d'un seul atome de rubidium.
"Dans notre cas, nous avons montré que les atomes peuvent être jusqu'à cinq fois la longueur d'onde, et pourtant ces effets de groupe sont prononcés - la désintégration peut être plus rapide que si l'atome était là par lui-même, ou plus lentement, " dit Yavuz. " La deuxième chose que nous avons montrée est, si vous regardez la dynamique temporelle de la décroissance, il peut démarrer rapidement puis ralentir. ça change, et cet interrupteur n'avait jamais été vu auparavant."
Avec ces nouvelles connaissances sur la construction de corrélations entre les atomes, Yavuz et son groupe de recherche étudient les applications informatiques quantiques de leurs découvertes. Ils étudient quelles conditions expérimentales conduisent à différents types d'états corrélés, ce qui peut conduire à un enchevêtrement et à une transmission efficace de l'information quantique.
