L'informatique quantique - considérée comme la centrale des tâches de calcul - peut avoir des applications dans des domaines autres que l'électronique pure, selon un chercheur de l'Université de Pittsburgh et ses collaborateurs.
Travaillant à l'interface de la mesure quantique et des nanotechnologies, Gouroudev Dutt, professeur assistant au département de physique et d'astronomie de Pitt à la Kenneth P. Dietrich School of Arts and Sciences, et ses collègues rapportent leurs conclusions dans un article publié en ligne le 18 décembre dans Nature Nanotechnologie . L'article documente des progrès importants vers la réalisation d'un imageur magnétique à l'échelle nanométrique comprenant des électrons uniques enfermés dans un cristal de diamant.
« Pensez à cela comme à une procédure médicale typique - une imagerie par résonance magnétique (IRM) - mais sur des molécules uniques ou des groupes de molécules à l'intérieur des cellules au lieu du corps entier. Les techniques d'IRM traditionnelles ne fonctionnent pas bien avec de si petits volumes, donc un instrument doit être construit pour s'adapter à un tel travail de haute précision, " dit Dutt.
Cependant, un défi important s'est posé pour les chercheurs travaillant sur le problème de la construction d'un tel instrument :comment mesurer avec précision un champ magnétique en utilisant la résonance des électrons isolés dans le cristal de diamant ? La résonance est définie comme la tendance d'un objet à osciller avec une énergie plus élevée à une fréquence particulière, et se produit naturellement tout autour de nous :par exemple, avec des instruments de musique, enfants sur des balançoires, et horloges à pendule. Dutt dit que les résonances sont particulièrement puissantes car elles permettent aux physiciens de faire des mesures sensibles de quantités comme la force, Masse, et les champs électriques et magnétiques. "Mais ils restreignent également le champ maximum que l'on peut mesurer avec précision."
En imagerie magnétique, cela signifie que les physiciens ne peuvent détecter qu'une gamme étroite de champs à partir de molécules proches de la fréquence de résonance du capteur, rendant le processus d'imagerie plus difficile.
"Ça peut être fait, " dit Dutt, "mais cela nécessite un traitement d'image très sophistiqué et d'autres techniques pour comprendre ce que l'on image. Essentiellement, il faut utiliser un logiciel pour corriger les limitations du matériel, et les scans prennent plus de temps et sont plus difficiles à interpréter."
Dutt—travaillant avec la chercheuse postdoctorale Ummal Momeen et le doctorant Naufer Nusran (A&S'08 G), à la fois dans le département de physique et d'astronomie de Pitt - a utilisé des méthodes d'informatique quantique pour contourner la limitation matérielle pour visualiser l'ensemble du champ magnétique. En étendant le champ, les chercheurs de Pitt ont amélioré le rapport entre l'intensité maximale du champ détectable et la précision du champ d'un facteur 10 par rapport à la technique standard utilisée précédemment. Cela les rapproche un peu plus d'un futur instrument d'IRM à l'échelle nanométrique qui pourrait étudier les propriétés des molécules, matériaux, et les cellules de manière non invasive, afficher l'emplacement des atomes sans les détruire ; les méthodes actuelles employées pour ce genre d'étude détruisent inévitablement les échantillons.
"Cela aurait un impact immédiat sur notre compréhension de ces molécules, matériaux, ou des cellules vivantes et nous permettent potentiellement de créer de meilleures technologies, " dit Dutt.
Ce ne sont que les premiers résultats, dit Dutt, et il s'attend à ce que d'autres améliorations soient apportées avec des recherches supplémentaires :« Notre travail montre que les méthodes d'informatique quantique vont au-delà des technologies électroniques pures et peuvent résoudre des problèmes qui, plus tôt, semblaient être des obstacles fondamentaux pour progresser avec des mesures de haute précision. »
