Une nouvelle méthode permet de maintenir des qubits lumineux stables à température ambiante

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| Getty

L’avènement de l’informatique quantique a permis de donner une nouvelle dimension au stockage, au traitement et à la sécurisation de l’information grâce à la manipulation des qubits (bits quantiques). La photonique quantique propose notamment d’utiliser la lumière au sein des ordinateurs quantiques dans le but de les rendre virtuellement inviolables. Cependant, jusqu’à maintenant, le stockage des qubits lumineux nécessitait une température proche du zéro absolu. Mais récemment, des chercheurs danois ont développé une méthode révolutionnaire permettant ce stockage à température ambiante.

Des chercheurs de l’Université de Copenhague ont développé une nouvelle technique qui maintient les bits quantiques de lumière stables à température ambiante au lieu de ne fonctionner qu’à -270 degrés. Leur découverte permet d’économiser de l’énergie et de l’argent et constitue une percée dans la recherche quantique.

Comme presque toutes nos informations privées sont numérisées, il est de plus en plus important que nous trouvions des moyens de protéger nos données contre le piratage. La cryptographie quantique est la réponse des chercheurs à ce problème, et plus précisément à un certain type de qubit constitué de photons uniques.

Stocker des qubits lumineux à température ambiante

Les photons uniques ou qubits de lumière, comme ils sont appelés, sont extrêmement difficiles à détourner. Cependant, pour que ces qubits de lumière soient stables et fonctionnent correctement, ils doivent être stockés à des températures proches du zéro absolu — c’est-à-dire -270 °C —, ce qui nécessite d’énormes quantités d’énergie et de ressources. Pourtant, dans une étude récemment publiée, des chercheurs de l’Université de Copenhague démontrent une nouvelle façon de stocker ces qubits à température ambiante pendant cent fois plus longtemps qu’auparavant.

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« Nous avons développé un revêtement spécial pour nos puces mémoire qui aide les bits quantiques de lumière à être identiques et stables tout en étant à température ambiante. De plus, notre nouvelle méthode nous permet de stocker les qubits beaucoup plus longtemps, c’est-à-dire des millisecondes au lieu de microsecondes — ce qui n’était pas possible auparavant. Nous en sommes vraiment ravis », déclare Eugene Simon Polzik, professeur d’optique quantique à l’Institut Niels Bohr.

protocole experimental stockage qubits
Schéma du protocole expérimental utilisé par les chercheurs. © Karsten B. Dideriksen et al. 2021

Le revêtement spécial des puces mémoire permet de stocker beaucoup plus facilement les qubits de lumière sans grandes structures de stockage à basses températures, qui sont difficiles à utiliser et nécessitent beaucoup d’énergie. Par conséquent, la nouvelle invention sera moins chère et plus compatible avec les exigences de l’industrie à l’avenir.

« L’avantage de stocker ces qubits à température ambiante est que cela ne nécessite pas d’hélium liquide ou de systèmes laser complexes pour le refroidissement. C’est également une technologie beaucoup plus simple qui peut être mise en œuvre plus facilement dans un futur Internet quantique », explique Karsten Dideriksen, physicien à l’UCPH. En effet, normalement, les températures chaudes perturbent l’énergie de chaque qubit de lumière.

Un revêtement spécifique pour des qubits identiques

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« Dans nos puces mémoire, des milliers d’atomes se déplacent en émettant des photons (qubits lumineux). Lorsque les atomes sont exposés à la chaleur, ils commencent à se déplacer plus rapidement et entrent en collision les uns avec les autres et avec les parois de la puce. Cela les amène à émettre des photons très différents les uns des autres. Mais nous avons besoin qu’ils soient exactement les mêmes afin de les utiliser pour une communication sûre à l’avenir », explique Polzik.

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« C’est pourquoi nous avons développé une méthode qui protège la mémoire atomique avec le revêtement spécial à l’intérieur des puces mémoire. Le revêtement est constitué de paraffine qui a une structure semblable à de la cire et il agit en adoucissant la collision des atomes, rendant les photons ou qubits émis identiques et stables. Nous avons également utilisé des filtres spéciaux pour nous assurer que seuls les photons identiques étaient extraits des puces mémoire ».

Même si la nouvelle découverte est une percée dans la recherche quantique, elle nécessite encore plus de travail. « À l’heure actuelle, nous produisons les qubits de lumière à un faible taux — un photon par seconde, tandis que les systèmes refroidis peuvent en produire des millions dans le même laps de temps. Mais nous pensons que cette nouvelle technologie présente des avantages importants et que nous pouvons surmonter ce défi à temps », conclut Eugene.

Sources : Nature Communications

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