Deux physiciens de l'Université de Constance développent une méthode qui pourrait permettre un échange stable d'informations dans les ordinateurs quantiques. Dans le rôle principal :les photons qui font "voler" les bits quantiques.
Les ordinateurs quantiques sont considérés comme la prochaine grande étape de l’évolution des technologies de l’information. On s'attend à ce qu'ils résolvent des problèmes informatiques que les ordinateurs d'aujourd'hui ne peuvent tout simplement pas résoudre, ou qu'il faudrait beaucoup de temps pour les résoudre. Des groupes de recherche du monde entier s’efforcent de faire de l’ordinateur quantique une réalité. C'est tout sauf facile, car les composants de base d'un tel ordinateur, les bits quantiques ou qubits, sont extrêmement fragiles.
Un type de qubit est constitué du moment cinétique intrinsèque (spin) d’un seul électron, c’est-à-dire qu’ils sont à l’échelle d’un atome. Il est déjà assez difficile de maintenir intact un système aussi fragile. Il est encore plus difficile d’interconnecter deux ou plusieurs de ces qubits. Alors, comment parvenir à un échange stable d’informations entre qubits ?
Les deux physiciens de Constance Benedikt Tissot et Guido Burkard ont développé un modèle théorique montrant comment l'échange d'informations entre qubits pourrait réussir en utilisant des photons comme moyen de transport d'informations quantiques. L'idée générale est que le contenu informationnel (état de spin de l'électron) du qubit matériel est converti en un « qubit volant », à savoir un photon. Les photons sont des quanta de lumière qui constituent les éléments de base du champ de rayonnement électromagnétique.
La particularité du nouveau modèle réside dans les émissions Raman stimulées qui sont utilisées pour convertir le qubit en photon. Cette procédure permet plus de contrôle sur les photons. "Nous proposons un changement de paradigme passant de l'optimisation du contrôle lors de la génération du photon à l'optimisation directe de la forme temporelle de l'impulsion lumineuse dans le qubit volant", explique Burkard.
Tissot compare le processus de base avec Internet :« Dans un ordinateur classique, nous avons nos bits, qui sont codés sur une puce sous forme d'électrons. Si nous voulons envoyer des informations sur de longues distances, le contenu informationnel des bits est converti en un signal lumineux transmis via des fibres optiques."
Le principe de l'échange d'informations entre qubits dans un ordinateur quantique est très similaire :"Ici aussi, nous devons convertir les informations en états qui peuvent être facilement transmis – et les photons sont idéaux pour cela", explique Tissot.
L'étude est publiée dans la revue Physical Review Research .
"Nous devons considérer plusieurs aspects", explique Tissot. "Nous voulons contrôler la direction dans laquelle l'information circule, ainsi que le moment, la rapidité et la destination. C'est pourquoi nous avons besoin d'un système permettant un haut niveau de contrôle."
La méthode des chercheurs rend ce contrôle possible au moyen d’émissions Raman stimulées et améliorées par un résonateur. Derrière ce terme se cache un système à trois niveaux, qui conduit à une procédure en plusieurs étapes. Ces étapes offrent aux physiciens le contrôle du photon créé. "Nous avons ici 'plus de boutons' que nous pouvons utiliser pour contrôler le photon", explique Tissot.
L'émission Raman stimulée est une méthode établie en physique. Cependant, leur utilisation pour envoyer directement des états de qubit est inhabituelle. La nouvelle méthode pourrait permettre d'équilibrer les conséquences des perturbations environnementales et les effets secondaires indésirables des changements rapides dans la forme temporelle de l'impulsion lumineuse, afin que le transport de l'information puisse être mis en œuvre avec plus de précision.
Plus d'informations : Benedikt Tissot et al, Mise en forme efficace de qubits volants haute fidélité, Physical Review Research (2024). DOI :10.1103/PhysRevResearch.6.013150
Fourni par l'Université de Constance
