L'appareil utilisé dans ce travail. La structure carrée proche du centre est le circuit supraconducteur, et le point rouge au centre correspond au lien avec le mouvement de la membrane. La structure en nid d'abeille est utilisée pour isoler le mouvement de la membrane, qui se produit principalement à la position du point rouge, du cadre auquel elle est attachée. Crédit :Institut Niels Bohr
Des chercheurs de l'Institut Niels Bohr de l'Université de Copenhague ont considérablement amélioré le temps de cohérence d'une membrane quantique précédemment développée. L'amélioration augmentera la facilité d'utilisation de la membrane pour une variété de buts différents. Avec un temps de cohérence de cent millisecondes, la membrane peut par exemple stocker des informations quantiques sensibles pour un traitement ultérieur dans un ordinateur ou un réseau quantique. Le résultat a maintenant été publié dans Nature Communications .
Le tambour quantique est maintenant connecté à une unité de lecture
Dans un premier temps, l'équipe de chercheurs a associé la membrane à un circuit hyperfréquence supraconducteur, qui permet des lectures précises de la membrane. C'est-à-dire qu'il est devenu "branché", comme l'exige pratiquement n'importe quelle application. Grâce à ce développement, la membrane peut être connectée à divers autres appareils qui traitent ou transmettent des informations quantiques.
Refroidir le système de tambour quantique pour atteindre l'état fondamental quantique
Puisque la température de l'environnement détermine le niveau de forces aléatoires perturbant la membrane, il est impératif d'atteindre une température suffisamment basse pour éviter que l'état quantique de mouvement ne soit emporté. Les chercheurs y parviennent au moyen d'un réfrigérateur à base d'hélium. A l'aide du circuit micro-ondes, ils peuvent alors contrôler l'état quantique du mouvement de la membrane. Dans leurs travaux récents, les chercheurs ont pu préparer la membrane dans l'état fondamental quantique, ce qui signifie que son mouvement est dominé par les fluctuations quantiques. L'état fondamental quantique correspond à une température effective de 0,00005 degré au-dessus du zéro absolu, soit −273,15 °C.
Les applications pour la membrane quantique branchée sont nombreuses
On pourrait utiliser une version légèrement modifiée de ce système qui peut ressentir les forces des signaux micro-ondes et optiques pour construire un transducteur quantique des micro-ondes à l'optique. L'information quantique peut être transportée à température ambiante dans des fibres optiques sur des kilomètres sans perturbations. D'autre part, les informations sont typiquement traitées à l'intérieur d'une unité de refroidissement, capable d'atteindre des températures suffisamment basses pour que des circuits supraconducteurs comme la membrane fonctionnent. Connecter ces deux systèmes – circuits supraconducteurs à fibres optiques – pourrait donc permettre la construction d'un internet quantique :plusieurs ordinateurs quantiques reliés entre eux par des fibres optiques. Aucun ordinateur n'a d'espace infini, donc la possibilité de distribuer des capacités de calcul à des ordinateurs quantiques connectés améliorerait considérablement la capacité à résoudre des problèmes complexes.
La gravité, mal comprise en mécanique quantique, mais cruciale, peut maintenant être explorée
Le rôle de la gravité dans le régime quantique est une question fondamentale encore sans réponse en physique. C'est encore un autre endroit où le temps de cohérence élevé des membranes démontré ici peut être appliqué pour l'étude. Une hypothèse dans ce domaine est que la gravité a le potentiel de détruire certains états quantiques avec le temps. Avec un appareil aussi grand que la membrane, de telles hypothèses pourraient être testées à l'avenir. Manipulation des états sombres des circuits supraconducteurs dans un guide d'onde hyperfréquence
