Des physiciens confirment une théorie vieille de 20 ans qui pourrait révolutionner la technologie quantique
Par Veronika Oleksyn, Institut des sciences et technologies d'Autriche
Édité par Lisa Lock, relu par Andrew Zinin
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Schéma du dispositif de distribution d'intrication mis en œuvre. Crédit : Physical Review X (2026). DOI : 10.1103/r4jt-j39w
L'informatique quantique du futur nécessitera des corrélations entre modules distants, une caractéristique connue sous le nom d'intrication distribuée. Traditionnellement, cette intrication repose sur un contrôle actif et des mesures répétées. Or, des physiciens de l'Institut des sciences et technologies d'Autriche (ISTA) ont mis au point une méthode entièrement autonome d'intrication distribuée utilisant un « bain quantique » de particules de lumière corrélées. Publiés dans Physical Review X, leurs travaux confirment expérimentalement une prédiction vieille de 20 ans et pourraient fournir une nouvelle plateforme pour les technologies quantiques appliquées.
L'intrication est une caractéristique centrale de la physique quantique, où les corrélations partagées dépassent les limites de l'explication des théories classiques. Réaliser une intrication distribuée entre des qubits (bits quantiques) physiquement séparés pourrait ouvrir la voie à des avancées futures, telles que les ordinateurs quantiques et les réseaux quantiques à grande échelle.
Pour intriquer des qubits distants, les tentatives précédentes reposaient sur deux protocoles. La première consiste à envoyer un photon unique, contrôlé activement, d'un qubit à l'autre. La seconde repose sur l'émission, par chaque qubit, d'un photon qui doit être couplé pour produire l'intrication. Bien que cette seconde méthode ait valu le prix Nobel de physique en 2022, elle exige de nombreuses mesures répétées et une post-sélection, et ne garantit pas systématiquement l'intrication.
Aujourd'hui, Alejandro Andrés-Juanes, doctorant, et Johannes Fink, professeur à l'Institut autrichien des sciences et technologies (ISTA), ont collaboré à l'échelle internationale pour concevoir un bain quantique qui synchronise de manière autonome la « danse » des qubits distants. En développant un prototype utilisant une source commune de particules de lumière corrélées pour intriquer deux qubits distants, l'équipe a démontré, pour la première fois, une théorie proposée il y a plus de 20 ans.
Intrication totalement autonome
L'intrication existe sous diverses formes. Les états intriqués à variables continues peuvent être générés efficacement et sont facilement disponibles. Ils ressemblent à un pendule, où la position et l'impulsion varient continuellement. Cependant, la plupart des applications nécessitent des systèmes à variables discrètes, des formes d'intrication de type « tout ou rien » avec lesquelles des qubits stationnaires peuvent interagir. Les chercheurs de l'ISTA peuvent-ils concevoir un système qui fasse le lien entre ces deux formes d'intrication ?
« Dans ce travail, nous avons cherché à surmonter cette inadéquation entre les formes d'intrication facilement disponibles et celles utiles en pratique », explique Andrés-Juanes. « En stabilisant les états intriqués à distance, notre approche est totalement autonome et ne nécessite aucun contrôle ni mesure active.»
Un « bain quantique » de particules de lumière corrélées synchronise les qubits distants. L'image représente le dispositif de bain quantique dans lequel les scientifiques de l'ISTA peuvent intriquer deux qubits isolés de manière totalement autonome, sans contrôle actif ni mesures répétées. Crédit : Institut des sciences et technologies d'Autriche
Synchronisation à une source commune de photons
L'un des principaux défis des applications de l'informatique quantique est de maintenir l'intrication et la cohérence quantique des qubits.
« Dans notre méthode, le bain quantique – c'est-à-dire l'environnement des qubits – est la source d'intrication. Il crée un nouvel état fondamental grâce à un flux continu de photons corrélés », explique Fink. « Ainsi, l'état intriqué du qubit est stabilisé, même au-delà de sa propre durée de vie, et reste toujours disponible comme ressource pour le traitement quantique ultérieur. Cela confère à cette approche une importance conceptuelle majeure. » Lorsque l'intrication est toujours disponible, les scientifiques peuvent la récupérer à la demande. Ceci contraste avec l'intrication éphémère, qu'ils doivent utiliser lorsqu'elle est présente.
Pour faire interagir les qubits avec la source de photons intriqués, l'équipe a utilisé un type spécifique de particule de lumière : les photons micro-ondes. Ces particules de lumière de faible énergie sont parfaitement adaptées à la manipulation de l'information quantique et constituent la base de la technologie de pointe actuelle des qubits supraconducteurs. En revanche, les photons optiques sont généralement utilisés en optique et en physique atomique. De plus, les photons optiques pourraient permettre de transmettre de l'information quantique entre des ordinateurs quantiques distants via la fibre optique, un autre axe de recherche du groupe Fink à l'ISTA.
Observation des états des qubits
Pour vérifier que les qubits sont bien synchronisés au sein du bain quantique, l'équipe a utilisé une technique de validation appelée tomographie quantique, ainsi nommée car elle reconstruit un système à partir de nombreuses « tranches ». « Les qubits peuvent se trouver dans une superposition d'états, mais tous ces états s'effondrent lors de la mesure, ne laissant qu'un état 0 ou 1 », explique Andrés-Juanes. Grâce à la tomographie quantique, l'équipe peut enregistrer des mesures d'une durée aussi courte que 20 à 80 nanosecondes afin d'explorer les états des qubits sous-jacents. Une nanoseconde équivaut à un milliard d'unités.
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RESUME
Des physiciens confirment une théorie vieille de 20 ans susceptible de stimuler les technologies quantiques. Ils ont concrétisé expérimentalement une proposition datant de deux décennies concernant l'intrication distribuée autonome, en concevant un bain quantique de photons micro-ondes corrélés qui stabilise en continu les états intriqués de qubits supraconducteurs distants. Cette méthode transfère passivement environ 10 % de l'intrication du bain aux qubits, maintient l'intrication au-delà de la durée de vie des qubits et offre une voie évolutive vers des processeurs et réseaux quantiques modulaires.
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COMMENTAIRES
L article est interessant uniquement dans la mesure ou il apporte des progres technologique ...Mais sur l intrication quantique elle meme basiquement tout a été dit !





















