Mettre des atomes inhabituellement grands dans une boîte avec des côtés de cuivre froids a aidé les chercheurs à les contrôler pendant 50 minutes sans précédent à la température ambiante, une amélioration nécessaire pour construire des ordinateurs quantiques plus puissants et des simulateurs plus puissants
Le contrôle des atomes géants pourrait conduire à des ordinateurs quantiques plus puissants
Les atomes géants ont juste obtenu un coup de pouce en tant que prétendants à la fabrication des meilleurs simulateurs quantiques et des ordinateurs, car les chercheurs les ont contrôlés pendant un temps sans précédent pour une expérience à température ambiante.
Prenez un atome, réglez ses propriétés quantiques avec des impulsions électromagnétiques ou une lumière laser – modifiant les énergies de ses électrons – et vous pouvez l'utiliser pour coder des informations. Faites cela avec des milliers d'atomes et vous avez un ordinateur quantique ou un simulateur pour les matériaux quantiques exotiques. Cependant, après un certain temps, les atomes peuvent changer spontanément leur état, ce qui introduit des erreurs. Ils ne sont contrôlables, et donc utiles, pendant une «durée de vie» finie, qui était auparavant un maximum de 1400 secondes pour les expériences à température ambiante. Les scientifiques ont pu piéger les atomes plus longtemps, mais ces approches ont nécessité la configuration de l'ensemble de la configuration dans un réfrigérateur géant, posant des défis logistiques.
Zhenpu Zhang et Cindy Regal à l'Université du Colorado Boulder et leurs collègues ont maintenant battu ce record de température ambiante. Ils ont utilisé des atomes de Rydberg, qui sont de grande taille de diamètre car certains de leurs électrons sont loin de leurs noyaux. L'équipe a chargé les atomes dans un récipient qui avait été vidé de toutes les particules d'air qui pourraient les déranger, puis ont attrapé chaque atome avec des lasers ou des «pincettes optiques». Il s'agit d'un moyen standard de contrôler les atomes de Rydberg, qui sont extrêmement sensibles aux champs électromagnétiques et à la lumière.
Les chercheurs ont également ajouté une couche de cuivre aux côtés du récipient, puis ont refroidi le revêtement à -269 ° C (-452 ° F). Cela a protégé les atomes de la chaleur, ce qui peut changer leurs états. De plus, Zhang dit que toutes les particules d'air parasites ont été collées au revêtement en cuivre, similaire à la façon dont les gouttelettes d'eau chaudes se condensent sur une surface froide, améliorant ainsi le vide à l'intérieur du récipient. Par conséquent, l'équipe pourrait garder les atomes piégés et bien contrôlés pendant environ 50 minutes – 3000 secondes, ou environ deux fois plus longs que des expériences passées similaires.
Zhang a commencé à construire cette configuration il y a environ cinq ans de quasi-caserne, explique Regal. «C'est comme une refonte totale de la façon dont vous pensez faire ces expériences», dit-elle.
Clément Sayrin au Kastler Brossel Laboratory en France dit que la nouvelle approche pourrait permettre de manipuler plus d'atomes, ce qui augmenterait la puissance de calcul de tout ordinateur ou simulateur fabriqué à partir d'eux. «Trois mille secondes, c'est très long. Vous devez travailler dur pour avoir ces longues vies pour ces atomes», dit-il. Cependant, avoir plus d'atomes dans la chambre signifierait également avoir à utiliser plus de lasers pour les contrôler, ce qui pourrait diminuer les durées de vie des atomes, donc il reste plus de défis d'ingénierie, explique Sayrin.
