Une équipe de recherche dirigée par le professeur Lin Yiheng de l'Université des sciences et technologies de Chine (USTC), en collaboration avec le professeur Yuan Haidong de l'Université chinoise de Hong Kong, a réussi à générer des états quantiques intriqués multipartites dans deux, trois et cinq modes en utilisant la dissipation contrôlée comme ressource. Leur étude est publiée dans Avancées scientifiques.
L'intrication multimode est une ressource clé dans le calcul quantique, la communication, la simulation et la détection. L’un des défis majeurs pour parvenir à une intrication multimode stable et évolutive réside dans la susceptibilité inhérente des systèmes quantiques au bruit ambiant, un phénomène connu sous le nom de dissipation. Pour atténuer les effets dissipatifs, les méthodes de préparation conventionnelles nécessitent souvent d'isoler le système de son environnement.
Des travaux théoriques et expérimentaux récents ont révélé une perspective innovante : lorsqu'elle est correctement conçue, la dissipation peut être transformée en une ressource permettant de générer des états quantiques spécifiques, appelés ingénierie de dissipation. Cependant, les expériences précédentes se limitaient aux systèmes quantiques monomodes et bimodes, et des défis importants subsistent dans la réalisation expérimentale d'états intriqués dans des systèmes bosoniques multimodes.
Dans cette étude, grâce au contrôle laser précis d’une chaîne d’ions piégés, les chercheurs ont conçu un couplage entre les spins dissipatifs et les modes vibrationnels, permettant un contrôle programmable de processus de dissipation spécifiques. Cette approche a fait de l’état quantique cible hautement intriqué le seul état stable du système, tout en poussant d’autres états à évoluer spontanément vers lui, présentant une caractéristique de « stabilisation autonome ». Cela améliore considérablement la praticité et l’applicabilité de la technique.
En fin de compte, l’équipe de recherche a préparé des états intriqués compressés à deux, trois et cinq modes à partir des états thermiques initiaux, atteignant une fidélité supérieure à 84 %. Les états générés ont été caractérisés de manière exhaustive. Le véritable intrication multipartite a été vérifié en mesurant les corrélations quantiques entre les modes et en appliquant les critères d'inséparabilité de van Loock – Furusawa.
Tirant parti d’un contrôle précis du couplage entre plusieurs modes de mouvement et de l’état interne des ions, le système pourrait être dimensionné pour s’adapter à un plus grand nombre d’ions et de modes de mouvement.
Cette étude a démontré le potentiel unique du système à ions piégés pour le traitement de l'information quantique dans les systèmes à variable continue. L'approche d'ingénierie de dissipation dans cette étude présente une forte universalité et présente un potentiel d'application sur diverses plates-formes physiques telles que les cavités supraconductrices, les ensembles atomiques et la nanomécanique.
À mesure que la technologie quantique progresse vers la maturité technique et l’intégration systématique, les méthodes de génération d’intrication basées sur la dissipation fourniront un soutien solide à la construction de systèmes de traitement de l’information quantique stables. Il jouera un rôle essentiel dans le calcul quantique et l’estimation multiparamétrique.
