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Nouvel enregistrement avec bits quantiques enchevêtrés – Newstrotteur

En 1935, le physicien Erwin Schrödinger a présenté l'expérience de pensée avec le chat quantique, dans laquelle le chat est enfermé dans une boîte avec un échantillon radioactif, un détecteur et une quantité mortelle de poison. Si la matière radioactive décroît, le détecteur déclenche une alarme et le poison est libéré. La particularité est que, selon les règles de la mécanique quantique, contrairement à l'expérience quotidienne, il n'est pas clair si le chat est mort ou vivant. Ce serait les deux en même temps jusqu'à ce qu'un expérimentateur jette un coup d'œil. Un seul état ne serait obtenu qu'à partir du moment de cette observation.

Depuis le début des années 1980, les chercheurs ont pu réaliser cette superposition d'états quantiques de manière expérimentale en laboratoire en utilisant diverses approches. "Cependant, ces états de chats sont extrêmement sensibles. Même les plus petites interactions thermiques avec l'environnement les font s'effondrer", explique Tommaso Calarco de Forschungszentrum Jülich. Il joue notamment un rôle de premier plan dans la principale initiative quantique européenne, le programme phare de l'UE, Quantum Flagship. "Pour cette raison, il est uniquement possible de générer beaucoup moins de bits quantiques dans les états de chat de Schrödinger que ceux qui existent indépendamment les uns des autres."

Les scientifiques peuvent désormais contrôler plus de 50 de ces derniers dans des expériences de laboratoire. Cependant, ces bits quantiques, ou qubits en abrégé, n’affichent pas les caractéristiques spéciales du chat de Schrödinger contrairement aux 20 qubits que l’équipe de chercheurs a maintenant créés à l’aide d’un simulateur quantique programmable, établissant ainsi un nouvel enregistrement toujours valable, même si d'autres approches physiques avec des photons optiques, des ions piégés ou des circuits quantiques supraconducteurs sont prises en compte.

Des experts de plusieurs institutions parmi les plus renommées au monde se sont associés pour développer cette expérience. Outre les chercheurs de Jülich, des scientifiques de nombreuses universités américaines renommées – Harvard, Berkeley, MIT et Caltech – ainsi que de l’Université italienne de Padoue ont également participé à la conférence.

"Les qubits dans l'état de chat sont considérés comme extrêmement importants pour le développement de technologies quantiques", explique Jian Cui. "Le secret de l'énorme efficacité et des performances attendues des futurs ordinateurs quantiques réside dans cette superposition d'états", explique le physicien de l'Institut Peter Grünberg à Jülich (PGI-8).

Les bits classiques d'un ordinateur conventionnel n'ont toujours qu'une seule valeur, composée de 0 et 1, par exemple. Par conséquent, ces valeurs ne peuvent être traitées que bit par bit. Les Qubits, qui ont plusieurs états simultanément en raison du principe de superposition, peuvent stocker et traiter plusieurs valeurs en parallèle en une seule étape. Le nombre de qubits est crucial ici. Vous n'allez pas loin avec juste une poignée de qubits. Mais avec 20 qubits, le nombre d'états superposés dépasse déjà le million. Et 300 qubits peuvent stocker plus de nombres simultanément qu'il n'y a de particules dans l'univers.

Le nouveau résultat de 20 qubits se rapproche maintenant un peu de cette valeur, après que l'ancien record de 14 qubits soit resté inchangé depuis 2011. Pour leur expérience, les chercheurs ont utilisé un simulateur quantique programmable basé sur des matrices d'atomes de Rydberg. Dans cette approche, les atomes individuels, dans ce cas les atomes de rubidium, sont capturés par des faisceaux laser et maintenus côte à côte dans une rangée. La technique est également connue sous le nom de pincettes optiques. Un laser supplémentaire excite les atomes jusqu'à ce qu'ils atteignent l'état de Rydberg, dans lequel les électrons sont situés bien au-delà du noyau.

Ce processus est assez compliqué et prend généralement trop de temps, de sorte que l’état délicat du chat est détruit avant même qu’il puisse être mesuré. Le groupe de Jülich a mis son expertise de Quantum Optimal Control au service de la résolution de ce problème. En allumant et en allumant les lasers au bon rythme, ils ont accéléré le processus de préparation, ce qui a rendu ce nouveau record possible.

"Nous avons pratiquement gonflé certains atomes à un point tel que leurs enveloppes se confondent avec les atomes adjacents pour former simultanément deux configurations opposées, à savoir des excitations occupant tous les sites pairs ou impairs", explique Jian Cui. "Cela va tellement loin que les fonctions d'onde se chevauchent comme dans l'analogie du chat de Schrödinger et nous avons pu créer la superposition des configurations opposées, également connue sous le nom d'état de Greenberger-Horne-Zeilinger."

Leurs progrès dans la recherche quantique ont été complétés par les efforts d'un groupe de recherche chinois, qui a également été publié dans le dernier numéro de Science. En utilisant des circuits quantiques supraconducteurs, les chercheurs ont réussi à créer 18 qubits dans l'état de Greenberger-Horne-Zeilinger, ce qui constitue également un nouveau record pour cette approche expérimentale.

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Matériaux fourni par Forschungszentrum Juelich. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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