Les chercheurs ont mis au point un modèle de communication qubit basé sur les photons, facilitant un contrôle précis du transfert d’informations par informatique quantique. Crédit : Issues.fr.com
Deux physiciens de l’Université de Constance développent une méthode qui pourrait permettre un échange stable d’informations dans les ordinateurs quantiques. Dans le rôle principal : les photons qui font « voler » les bits quantiques.
Les ordinateurs quantiques sont considérés comme la prochaine grande étape de l’évolution des technologies de l’information. On s’attend à ce qu’ils résolvent des problèmes informatiques que les ordinateurs d’aujourd’hui ne peuvent tout simplement pas résoudre – ou qui prendraient des années pour y parvenir. Des groupes de recherche du monde entier s’efforcent de faire de l’ordinateur quantique une réalité. Cela est tout sauf simple, car les composants de base d’un tel ordinateur, les bits quantiques ou qubits, sont extrêmement fragiles.
Un type de qubit est constitué du moment cinétique intrinsèque (spin) d’un seul électron, c’est-à-dire qu’ils sont à l’échelle d’un atome. Il est déjà assez difficile de maintenir intact un système aussi fragile. Il est encore plus difficile d’interconnecter deux ou plusieurs de ces qubits. Alors, comment parvenir à un échange stable d’informations entre qubits ?
Qubits volants
Les deux physiciens de Constance Benedikt Tissot et Guido Burkard ont développé un modèle théorique montrant comment l’échange d’informations entre qubits pourrait réussir en utilisant les photons comme « moyen de transport » pour l’information quantique.
L’idée générale : le contenu informationnel (état de spin de l’électron) du qubit matériel est converti en un « qubit volant », à savoir un photon. Les photons sont des « quanta de lumière » qui constituent les éléments de base du champ de rayonnement électromagnétique.
La particularité du nouveau modèle : des émissions Raman stimulées sont utilisées pour convertir le qubit en photon. Cette procédure permet plus de contrôle sur les photons.
«Nous proposons un changement de paradigme, passant de l’optimisation du contrôle lors de la génération du photon à l’optimisation directe de la forme temporelle de l’impulsion lumineuse dans le qubit volant», explique Guido Burkard.
Illustration d’un système quantique (flèche argentée et orbitales jaune, verte et violette) interagissant avec un résonateur (deux miroirs et champ de lumière rose entre eux). De plus, le système quantique est contrôlé par un champ de contrôle (laser vert). Un photon (goutte lumineuse rose) a été émis dans une fibre optique à travers l’un des miroirs. Crédit et droits d’auteur : Benedikt Tissot
Benedikt Tissot compare le procédé de base avec Internet : « Dans un ordinateur classique, nous avons nos bits, qui sont codés sur une puce sous forme d’électrons. Si nous voulons envoyer des informations sur de longues distances, le contenu informatif des bits est converti en un signal lumineux transmis via des fibres optiques.
Le principe de l’échange d’informations entre qubits dans un ordinateur quantique est très similaire : « Ici aussi, nous devons convertir les informations en états facilement transmissibles – et les photons sont idéaux pour cela », explique Tissot.
Un système à trois niveaux pour contrôler le photon
« Nous devons considérer plusieurs aspects », explique Tissot : « Nous voulons contrôler la direction dans laquelle les informations circulent – ainsi que quand, à quelle vitesse et vers où elles circulent. C’est pourquoi nous avons besoin d’un système permettant un haut niveau de contrôle.
La méthode des chercheurs rend ce contrôle possible au moyen d’émissions Raman stimulées et améliorées par un résonateur. Derrière ce terme se cache un système à trois niveaux, qui conduit à une procédure en plusieurs étapes. Ces étapes offrent aux physiciens le contrôle du photon créé. « Nous disposons ici de « plus de boutons » que nous pouvons utiliser pour contrôler le photon », illustre Tissot.
L’émission Raman stimulée est une méthode établie en physique. Cependant, leur utilisation pour envoyer directement des états de qubit est inhabituelle. La nouvelle méthode pourrait permettre d’équilibrer les conséquences des perturbations environnementales et les effets secondaires indésirables des changements rapides dans la forme temporelle de l’impulsion lumineuse, afin que le transport de l’information puisse être mis en œuvre avec plus de précision.
La procédure détaillée a été publiée dans la revue Recherche sur l’examen physique en février 2024.
