Des chercheurs de l'Université de Bâle ont construit un élément de mémoire quantique basé sur des atomes dans une minuscule cellule de verre. À l'avenir, de telles mémoires quantiques pourraient être produites en masse sur une plaquette.
Il est difficile d’imaginer nos vies sans réseaux comme Internet ou les réseaux de téléphonie mobile. À l'avenir, des réseaux similaires sont prévus pour les technologies quantiques qui permettront la transmission de messages sans écoute à l'aide de la cryptographie quantique et permettront de connecter des ordinateurs quantiques les uns aux autres.
Comme leurs homologues conventionnels, ces réseaux quantiques nécessitent des éléments de mémoire dans lesquels les informations peuvent être temporairement stockées et acheminées selon les besoins. Une équipe de chercheurs de l'Université de Bâle dirigée par le professeur Philipp Treutlein a développé un tel élément de mémoire, qui peut être microfabriqué et donc adapté à une production de masse. Leurs résultats ont été publiés dans Physical Review Letters. .
Les particules lumineuses sont particulièrement adaptées à la transmission d’informations quantiques. Les photons peuvent être utilisés pour envoyer des informations quantiques via des câbles à fibres optiques, vers des satellites ou dans un élément de mémoire quantique. Là, l'état mécanique quantique des photons doit être stocké aussi précisément que possible et, après un certain temps, reconverti en photons.
Il y a deux ans, les chercheurs bâlois ont démontré que cela fonctionnait bien en utilisant des atomes de rubidium dans une cellule en verre. "Cependant, cette cellule de verre a été fabriquée à la main et mesurait plusieurs centimètres", explique le Dr Roberto Mottola, postdoctorant. "Pour être adaptées à un usage quotidien, ces cellules doivent être plus petites et pouvoir être produites en grand nombre."
C’est précisément ce que Treutlein et ses collaborateurs ont réussi à réaliser. Pour utiliser une cellule beaucoup plus petite mesurant seulement quelques millimètres, obtenue grâce à la production en série d’horloges atomiques, il leur a fallu développer quelques astuces. Afin d'avoir un nombre suffisant d'atomes de rubidium pour le stockage quantique malgré la petite taille de la cellule, ils ont dû chauffer la cellule à 100° centigrades pour augmenter la pression de vapeur.
De plus, ils ont exposé les atomes à un champ magnétique de 1 tesla, plus de 10 000 fois plus puissant que le champ magnétique terrestre. Cela a modifié les niveaux d’énergie atomique de manière à faciliter le stockage quantique des photons à l’aide d’un faisceau laser supplémentaire. Cette méthode a permis aux chercheurs de stocker des photons pendant environ 100 nanosecondes. Les photons libres auraient parcouru 30 mètres pendant ce temps.
"Nous avons ainsi construit pour la première fois une mémoire quantique miniature pour photons, dont environ 1 000 copies peuvent être produites en parallèle sur une seule plaquette", explique Treutlein.
Dans l'expérience actuelle, le stockage a été démontré à l'aide d'impulsions laser fortement atténuées, mais dans un avenir proche, Treutlein, en collaboration avec le CSEM de Neuchâtel, souhaite également stocker des photons uniques dans des cellules miniatures. De plus, le format des cellules de verre doit encore être optimisé, afin de stocker les photons le plus longtemps possible tout en préservant leurs états quantiques.
Plus d'informations : Roberto Mottola et al, Mémoire optique dans une cellule à vapeur de rubidium microfabriquée, Physical Review Letters (2023). DOI :10.1103/PhysRevLett.131.260801. Sur arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2307.08538
Informations sur le journal : Lettres d'examen physique , arXiv
Fourni par l'Université de Bâle
