Au cours des dernières décennies, les physiciens et ingénieurs quantiques ont développé de nombreuses technologies exploitant les principes de la mécanique quantique pour repousser les limites de la science de l’information classique. Parmi ces avancées, les mémoires quantiques se démarquent comme des dispositifs prometteurs pour stocker et récupérer des informations quantiques codées dans la lumière ou d’autres supports physiques.
Pour être viable pour les applications du monde réel, la mémoire quantique doit offrir à la fois un rendement élevé et une haute fidélité. En d’autres termes, ils devraient être capables de stocker et de récupérer la plupart des informations quantiques d’entrée (généralement plus de 90 %) et de garantir que l’état récupéré correspond étroitement à l’état d’origine.
Notamment, la plupart des stratégies proposées précédemment pour développer des mémoires quantiques efficaces se sont avérées produire des fluctuations aléatoires indésirables (c'est-à-dire du bruit). Ces fluctuations pourraient à leur tour dégrader l’information quantique, réduisant ainsi la fidélité du système.
L'équipe conjointe dirigée par le professeur Weiping Zhang de l'Université Jiao Tong de Shanghai et le professeur Liqing Chen de l'Université normale de Chine orientale en Chine a récemment introduit une nouvelle approche pour contrôler les interactions atome-lumière pendant le stockage des informations quantiques. En utilisant cette technique, décrite dans un article de Lettres d'examen physiqueils ont démontré une mémoire quantique Raman qui présente une efficacité de 94,6 %, produit très peu de bruit et peut stocker des informations quantiques avec une fidélité de 98,91 %.
« Une mémoire quantique avec une efficacité et une fidélité proches de l'unité est indispensable au traitement de l'information quantique », a déclaré Zhang à Issues.fr. « Atteindre une telle performance constitue depuis longtemps un défi central dans le domaine, motivant des efforts de recherche approfondis et inspirant les travaux publiés. Les principaux objectifs de ces travaux étaient d'élucider la physique sous-jacente et de développer des approches pratiques pour réaliser une mémoire quantique parfaite. »
Une technique mathématiquement guidée prometteuse
La mémoire quantique développée par Zhang et ses collègues exploite un type d’interaction atome-lumière, connu sous le nom de schéma Raman résonnant lointain. En plus de permettre le stockage quantique, ce schéma offre également un avantage en matière de large bande, permettant à sa mémoire de stocker les signaux optiques beaucoup plus rapidement que celle des autres schémas.
Dans leur article, les chercheurs ont présenté une technique précise et robuste qui peut être utilisée pour contrôler de manière adaptative une mémoire quantique jusqu’à ce qu’elle atteigne la « perfection ». Cette technique est basée sur le principe de cartographie spatio-temporelle atome-lumière, mathématiquement appelée transformation de Hankel.
« Fondamentalement, ce travail est la première fois à découvrir le mécanisme physique derrière la cartographie atome-lumière dans la mémoire quantique », a déclaré Zhang. « En pratique, ce travail constitue une avancée majeure dans le développement d'une nouvelle méthode et d'une technique prometteuse pour atteindre une référence en matière de mémoire quantique. »
Briser les limites des mémoires quantiques antérieures
Jusqu’à présent, les chercheurs ont appliqué leur approche mathématique récemment découverte à une mémoire quantique Raman basée sur une vapeur chaude de rubidium-87 (⁸⁷Rb). Leur approche s’est avérée capable de briser le goulot d’étranglement du « compromis efficacité-fidélité » qui avait jusqu’à présent empêché la réalisation de mémoires quantiques « parfaites ».
Cet effort récent de Zhang et de ses collègues pourrait ainsi contribuer à la réalisation de mémoires quantiques de plus en plus performantes. À l’avenir, ces mémoires pourraient ouvrir de nouvelles possibilités pour le développement de diverses autres technologies quantiques, notamment la communication quantique longue distance, les ordinateurs quantiques et les systèmes de détection quantique distribués.
« Nos projets de recherche future incluent, sans s'y limiter, l'étude de nouveaux principes basés sur la physique et l'intégration de la mémoire dans des répéteurs quantiques pour des architectures informatiques quantiques et des réseaux quantiques tolérants aux pannes », a ajouté Zhang.
Écrit pour vous par notre auteur Ingrid Fadelli, édité par Gaby Clark, et vérifié et révisé par Robert Egan, cet article est le résultat d'un travail humain minutieux. Nous comptons sur des lecteurs comme vous pour maintenir en vie le journalisme scientifique indépendant. Si ce reporting vous intéresse, pensez à faire un don (surtout mensuel). Vous obtiendrez un sans publicité compte en guise de remerciement.
