Une étape majeure vers un réseau avec lequel les futurs ordinateurs quantiques pourront être connectés, et avec lequel les informations pourront être envoyées en toute sécurité par "téléportation".
Des chercheurs néerlandais ont placé deux électrons distants de trois mètres dans un état d'intrication mécanique quantique. Ce résultat est une étape majeure vers un réseau quantique avec lequel les futurs ordinateurs quantiques pourront être connectés et avec lequel les informations pourront être transférées en toute sécurité par "téléportation".
L'intrication est peut-être la conséquence la plus étrange et la plus intrigante des lois de la mécanique quantique. Lorsque deux particules sont intriquées, leurs identités se confondent :leur état conjoint est exactement déterminé, mais l'identité de chacune a disparu. Les particules intriquées se comportent comme une seule, même si elles sont éloignées. Einstein n'a pas cru à cette prédiction et l'a appelée "action fantasmagorique à distance", mais des expériences ont montré que l'intrication est réelle.
Les états intriqués sont intéressants pour les ordinateurs car ils permettent d'effectuer de nombreux calculs simultanément. Par exemple, un ordinateur quantique avec 400 unités de calcul (bits quantiques) peut traiter simultanément plus de bits d'information que le nombre d'atomes dans l'univers. Ces dernières années, il a déjà été possible d'intriquer des bits quantiques au sein d'une puce. Maintenant, pour la première fois, nous avons pu le faire avec des bits quantiques sur différentes puces.
Stable
Le groupe de recherche du professeur Ronald Hanson de l'Institut Kavli de nanosciences de la TU Delft fabrique des bits quantiques en utilisant des électrons dans le diamant. «Nous utilisons le diamant car il forme des «mini-prison» pour les électrons lorsqu'un atome d'azote remplace l'un des atomes de carbone. Parce que nous pouvons voir ces prisons individuellement, il est possible d'étudier et de contrôler un électron individuel et même un noyau atomique. Nous pouvons préparer le spin (sens de rotation) de ces particules dans un état prédéterminé, vérifier ce spin et le lire également. Nous faisons tout cela dans un matériau à partir duquel des puces peuvent être fabriquées. C'est important car beaucoup pensent que nous ne pouvons que transformer les systèmes à base de puces en une technologie pratique", explique Hanson.
Enchevêtrement sur 3 mètres Hanson et ses collègues, en collaboration avec la société britannique Element Six, ont réussi à intriquer deux électrons dans des diamants différents distants de plusieurs mètres. Parce que les deux électrons ne se sentent pas directement à cette grande distance, les chercheurs ont utilisé des particules lumineuses pour transférer l'intrication.
Pour prouver l'intrication, les états de spin des deux électrons ont été lus et comparés. Bien que la direction de spin de chaque électron soit complètement aléatoire, comme l'exige la mécanique quantique, les directions de spin des deux électrons se sont toujours avérées exactement opposées. Cela prouve que les deux électrons sont intriqués et se comportent comme un seul. « La distance de trois mètres entre les électrons a été choisie assez arbitrairement. Nous pouvons également mener cette expérience sur une distance beaucoup plus grande", ajoute Hanson.
Téléportation
La prochaine étape de la recherche est la téléportation des électrons. Hanson :« En théorie, il est possible de « téléporter » l'état d'une particule sur une grande distance vers une autre particule, en utilisant intelligemment l'intrication. La téléportation quantique ne déplace pas la matière, mais son état. Mais puisque toutes les particules élémentaires sont exactement les mêmes, la téléportation quantique d'un électron à un autre électron a le même effet que le déplacement de l'électron.'
Envoyer des informations en toute sécurité
Selon Hanson, en plus de nouvelles connaissances fondamentales, il y a aussi deux raisons pour lesquelles la publication dans Nature peut être d'une importance significative pour les technologies radicalement nouvelles. Premièrement, parce qu'il s'agit d'une étape importante vers un réseau quantique de communication entre les futurs ordinateurs quantiques ultra-rapides - un Internet quantique. Nous étendons déjà les expériences avec plus de bits quantiques par puce. Par intrication, un tel réseau pourrait connecter des ordinateurs quantiques. Deuxièmement, la téléportation offre la possibilité de transmettre des informations en toute sécurité. Lors de la téléportation, les informations ne traversent pas l'espace intermédiaire et ne peuvent donc pas être écoutées.'
Vidéo :Les deux électrons sont "excités" par une impulsion laser, puis émettent tous les deux un photon (particule lumineuse). Les deux photons traversent un miroir semi-transparent. Selon les lois contre-intuitives de la mécanique quantique, les particules lumineuses arrivant sur les détecteurs proviennent d'un électron et de l'autre en même temps. Ils s'en mêlent. Dès que l'état ("spin") d'un électron est lu, l'état de l'autre est immédiatement déterminé. C'est un peu similaire au lancer de deux pièces dans un tirage au sort. Avec les "pièces enchevêtrées", le résultat de chaque "lancer" est aléatoire, mais si une pièce est "face", l'autre est toujours "face" et vice versa.
