Une puce semi-conductrice pour le traitement quantique (Université de Rochester/J. Adam Window) En utilisant les lois 'effrayantes' derrière le quantum enchevêtrement , les physiciens pensent avoir trouvé un moyen de faire sauter l'information entre une paire d'électrons séparés par la distance.
Téléportation d'états fondamentauxentre les photons- particules de lumière sans masse - devient rapidement une vieille nouvelle, une astuce que nous apprenons encore à exploiter dansl'informatiqueetcommunications cryptéesLa technologie.
Mais ce que les dernières recherches ont réalisé, c'est la téléportation quantique entre les particules de matière - les électrons - quelque chose qui pourrait aider à se connecter l'informatique quantique avec le type électronique plus traditionnel.
'Nous fournissons des preuves de' l'échange d'intrication ', dans lequel nous créons un enchevêtrement entre deux électrons même si les particules n'interagissent jamais, et de la' téléportation de porte quantique ', une technique potentiellement utile pour l'informatique quantique utilisant la téléportation', dit physicien John Nichol de l'Université de Rochester à New York.
'Notre travail montre que cela peut être fait même sans photons.'
L'intrication est un jargon physique pour ce qui semble être un concept assez simple.
Si vous achetez une paire de chaussures dans un magasin et que vous en laissez une derrière vous, vous saurez automatiquement à quel pied elle appartient au moment où vous rentrerez chez vous. Les chaussures sont – en quelque sorte – enchevêtrées.
Si le commerçant sort au hasard son partenaire correspondant à votre retour, vous penserez qu'il s'est souvenu de votre vente, qu'il a fait une supposition chanceuse ou qu'il a peut-être été un peu 'effrayant' dans sa prédiction.
La vraie bizarrerie survient lorsque nous imaginons votre chaussure solitaire comme étant à la fois gauche et droite en même temps, du moins jusqu'à ce que vous la regardiez. À ce moment précis, le partenaire de la chaussure au magasin reprend également forme, comme si votre coup d'œil sournois s'était téléporté sur cette distance.
C'est une sorte d'échange fortuit qu'Einstein a jugé un peu trop effrayant pour le confort. Près d'un siècle après que les physiciens ont évoqué cette possibilité, nous savons maintenant que la téléportation entre particules intriquées est la façon dont l'Univers fonctionne à un niveau fondamental.
Bien qu'il ne s'agisse pas exactement d'une téléportation de type Star Trek qui pourrait téléporter des objets entiers à travers l'espace, les mathématiques décrivant ce saut d'informations sont très utiles pour effectuer des types spéciaux de calculs en informatique.
La logique informatique typique est composée d'un langage binaire de bits, étiquetés soit 1 et 0. L'informatique quantique est construite avec des qubits qui peuvent occuper les deux états à la fois, offrant des possibilités bien plus grandes que la technologie classique ne peut pas toucher.
Le problème est que l'Univers est comme un grand fouillis de chaussures, toutes menaçant de transformer votre jeu délicat de 'devinez quel pied' en un pari cauchemardesque dès qu'un qubit interagit avec son environnement.
La manipulation des photons pour transmettre leurs états intriqués est facilitée par le fait qu'ils peuvent être rapidement séparés à la vitesse de la lumière sur d'énormes distances à travers le vide ou le long d'une fibre optique.
Mais séparer des masses intriquées - telles que des paires d'électrons - est plus difficile, étant donné que leurs interactions maladroites lorsqu'elles rebondissent sont presque certaines de ruiner leur état quantique mathématiquement pur.
C'est un défi qui en vaut la peine, cependant.
'Les électrons individuels sont des qubits prometteurs car ils interagissent très facilement les uns avec les autres, et les qubits d'électrons individuels dans les semi-conducteurs sont également évolutifs', dit Nichol.
'La création fiable d'interactions à longue distance entre les électrons est essentielle pour l'informatique quantique.'
Pour y parvenir, l'équipe de physiciens et d'ingénieurs a profité d'étranges petits caractères dans les lois qui régissent la façon dont les particules fondamentales qui composent les atomes et les molécules tiennent leur place.
Deux électrons quelconques partageant le même état de spin quantique ne peut pas occuper la même place dans l'espace . Mais il y a une petite échappatoire qui dit que les électrons à proximité peuvent échanger leurs spins, presque comme si vos pieds pouvaient échanger des chaussures si vous les rapprochiez suffisamment.
La les chercheurs avaient déjà montré que cet échange peut être manipulé sans avoir besoin de déplacer les électrons du tout, présentant une méthode potentielle de téléportation.
Cette dernière avancée contribue à rapprocher le processus de la réalité technologique, en surmontant les obstacles qui relieraient l'étrangeté quantique à la technologie informatique existante.
'Nous fournissons des preuves de' l'échange d'intrication ', dans lequel nous créons un enchevêtrement entre deux électrons même si les particules n'interagissent jamais, et de la' téléportation de porte quantique ', une technique potentiellement utile pour l'informatique quantique utilisant la téléportation', dit Nichol .
'Notre travail montre que cela peut être fait même sans photons.'
Bien sûr, nous sommes encore loin de remplacer les photons par des électrons pour ce type de transfert d'informations quantiques. Les chercheurs ne sont pas allés jusqu'à mesurer les états des électrons eux-mêmes, ce qui signifie qu'il pourrait encore y avoir toutes sortes d'interférences à éliminer.
Mais avoir des preuves solides de la possibilité de téléportation entre électrons est un signe encourageant des possibilités ouvertes aux futurs ingénieurs.
Cette recherche a été publiée dans Communication Nature .