L'ingénierie fiable des états quantiques, en particulier celles impliquant plusieurs particules, est au cœur du développement de diverses technologies quantiques, y compris des ordinateurs quantiques, des capteurs et des systèmes de communication. Ces états quantiques collectifs comprennent les états dicke et Greenberger-Horne-Zilinger (GHZ), des états en masse multipartite qui peuvent être exploités pour collecter des mesures précises, pour corriger les erreurs commises par les ordinateurs quantiques et pour permettre la communication entre les dispositifs distants en tirant parti des effets mécaniques quantiques.
Des chercheurs de l'Université du Wisconsin-Madison et de l'Université de Copenhague ont récemment introduit une nouvelle stratégie pour préparer efficacement ces états enchevêtrés dans une cavité optique, une structure utilisée pour piéger et amplifier la lumière. Leur approche proposée, décrite dans un article publié dans Lettres d'examen physiques'appuie sur l'utilisation d'un outil informatique quantique connu sous le nom d'algorithme de recherche de Grover.
« Les états enchevêtrés sont une ressource essentielle dans les informations quantiques, mais leur préparation a été limitée car les propositions antérieures ont une faible probabilité de succès ou sont trop sujettes aux erreurs », a déclaré Omar Nagib, premier auteur du journal, à Issues.fr. « Nous proposons un schéma efficace pour préparer des états enchevêts de nombreux atomes à l'intérieur d'une cavité. »
Dans le cadre de leur étude récente, Nagib et ses collègues ont décidé d'explorer la possibilité de préparer des États enchevêtrés en utilisant l'algorithme de recherche de Grover. Il s'agit d'un algorithme informatique quantique développé par LOV Grover en 1996, qui est conçu pour trouver un élément « marqué » spécifique dans une base de données non triée plus rapidement que les algorithmes informatiques classiques.
« Nous avons montré que l'algorithme de Grover, un algorithme quantique pour la recherche non structurée, peut être adapté pour préparer rapidement une classe d'états intranglés importants appelés états de Dicke, états de GHZ et états de chat », a expliqué Nagib. « Bien que l'algorithme de Grover soit généralement difficile à mettre en œuvre, nous avons montré qu'il peut être réalisé efficacement dans une cavité hébergeant un ensemble atomique en reflétant à plusieurs reprises des photons uniques hors de la cavité. »
Pour démontrer le potentiel de leur stratégie proposée, les chercheurs ont étudié son utilisation dans l'ingénierie différents états enchevêtrés dans un système composé d'atomes à l'intérieur d'une cavité optique. En fin de compte, ils ont pu théoriquement montrer que divers États peuvent être réalisés, notamment les États de Dicke, les États de GHZ et les États de Cat Schrödinger.
« Tout état de dicke avec 500 atomes ou moins peut être préparé en frappant la cavité avec au plus huit photons uniques, ce qui en fait une approche évolutive », a déclaré Nagib. « Le schéma proposé est également général et réalisable dans d'autres systèmes physiques, tels que les qubits supraconducteurs dans une cavité, des ions piégés et des atomes neutres (Rydberg). »
Ces travaux récents de Nagib et de ses collègues pourraient ouvrir de nouvelles possibilités pour la réalisation des états quantiques et donc pour le développement d'un large éventail de dispositifs quantiques soigneusement conçus. À l'avenir, il pourrait inspirer d'autres groupes de recherche à adapter l'algorithme de recherche de Grover pour la création d'états quantiques souhaités dans différents systèmes, y compris des systèmes composés d'atomes, de qubits supraconducteurs et d'ions piégés.
« La proposition actuelle nécessite des cavités avec de petites pertes, ce qui est expérimentalement difficile, et il serait donc intéressant de voir si cette exigence peut être assouplie en modifiant le schéma », a ajouté Nagib. « Il serait également intéressant de déterminer si le travail actuel peut être étendu pour préparer efficacement une classe plus large d'états enchevêtrés. »
Écrit pour vous par notre auteur Ingrid Fadelli, édité par Gaby Clark, et vérifié et examiné par Robert Egan – cet article est le résultat d'un travail humain minutieux. Nous comptons sur des lecteurs comme vous pour garder le journalisme scientifique indépendant en vie. Si ce rapport vous importe, veuillez considérer un don (surtout mensuel). Vous obtiendrez un sans publicité compte comme un remerciement.
