A robust quantum memory that stores information in a trapped-ion quantum network
Une mémoire quantique robuste qui stocke les informations dans un réseau quantique à ions piégés
par Ingrid Fadelli, Phys.org
Nœud de réseau quantique "Alice" à l'Université d'Oxford. Une lentille d'objectif recueille des photons uniques qui sont enchevêtrés avec un ion strontium piégé à l'intérieur de la chambre à vide. Crédits : David Nadlinger
Des chercheurs de l'Université d'Oxford ont récemment créé une mémoire quantique dans un nœud de réseau quantique à ions piégés. Leur conception de mémoire unique, présentée dans un article de Physical Review Letters, s'est avérée extrêmement robuste, ce qui signifie qu'elle peut stocker des informations pendant de longues périodes malgré l'activité continue du réseau.
"Nous construisons un réseau d'ordinateurs quantiques, qui utilisent des ions piégés pour stocker et traiter des informations quantiques", a déclaré Peter Drmota, l'un des chercheurs qui a mené l'étude, à Phys.org. "Pour connecter les dispositifs de traitement quantique, nous utilisons des photons uniques émis par un seul ion atomique et utilisons l'intrication quantique entre cet ion et les photons."
Les ions piégés, particules atomiques chargées qui sont confinées dans l'espace à l'aide de champs électromagnétiques, sont une plate-forme couramment utilisée pour réaliser des calculs quantiques. Les photons (c'est-à-dire les particules de lumière), en revanche, sont généralement utilisés pour transmettre des informations quantiques entre des nœuds distants. Drmota et ses collègues ont exploré la possibilité de combiner des ions piégés avec des photons, pour créer des technologies quantiques plus puissantes.
"Jusqu'à présent, nous avons mis en place un moyen fiable d'interfaçage des ions de strontium et des photons, et nous l'avons utilisé pour générer un enchevêtrement à distance de haute qualité entre deux nœuds de réseau distants", a déclaré Drmota. "D'autre part, une logique quantique haute fidélité et des mémoires durables ont été développées pour les ions calcium. Dans cette expérience, nous combinons ces capacités pour la première fois et montrons qu'il est possible de créer un enchevêtrement de haute qualité entre un ion strontium et un photon et ensuite stocker cet enchevêtrement dans un ion calcium à proximité."
L'intégration d'une mémoire quantique dans un nœud de réseau est une tâche difficile, car les critères qui doivent être remplis pour qu'un tel système fonctionne sont plus élevés que ceux requis pour la création d'un processeur quantique autonome. Plus particulièrement, la mémoire développée devrait être robuste contre l'activité réseau simultanée.
"Cela signifie que les informations quantiques stockées dans la mémoire ne doivent pas se dégrader lorsqu'une liaison réseau est établie", a expliqué Drmota. "Cela nécessite une isolation extrême entre la mémoire et le réseau, mais en même temps, il doit également y avoir un mécanisme rapide et fiable qui couple la mémoire au réseau en cas de besoin."
Vue à l'intérieur de la chambre à vide, où nous piégeons les ions strontium et calcium à l'aide de champs électriques et de lasers. Crédits : David Nadlinger.
Pour créer leur mémoire quantique, Drmota et ses collègues ont utilisé deux espèces atomiques différentes, à savoir le strontium et le calcium, car cela leur a permis de minimiser la diaphonie tout en établissant un lien réseau. La diaphonie limitée dans cette architecture à espèces mixtes leur a également permis de détecter les erreurs en temps réel et d'utiliser ce que l'on appelle le refroidissement en séquence. Les portes d'enchevêtrement d'espèces mixtes ont fourni la connexion manquante entre le réseau et la mémoire.
"L'une des sources d'erreurs techniques auxquelles nous sommes confrontés avec les qubits à ions piégés est le déphasage dû au bruit du champ magnétique", a déclaré Drmota. "Néanmoins, le calcium-43 présente des transitions insensibles aux champs magnétiques, éliminant cette erreur, augmentant ainsi leur temps de cohérence. Alors que le strontium-88 est parfaitement adapté pour générer des photons pour la mise en réseau, il est sensible au bruit du champ magnétique."
Bien que le strontium-88 soit connu pour être sensible au bruit du champ magnétique, les chercheurs ont pu préserver plus longtemps l'intrication entre leur ion mémoire et un photon, en transférant les informations quantiques du strontium au calcium dans le système. Plus précisément, ils pourraient conserver cet enchevêtrement pendant plus de 10 secondes, soit au moins 1000 fois plus longtemps que ce qu'ils ont observé entre un ion strontium nu et un ph"En outre, l'ion strontium peut être réutilisé pour générer d'autres photons intriqués, et nous montrons que ce processus n'affecte pas la fidélité de l'intrication entre la mémoire et le photon précédent, obtenant ainsi une robustesse à l'activité du réseau", a déclaré Drmota. "Notamment, nous avons réussi à intégrer la complexité associée à plusieurs techniques difficiles, qui ont été développées de manière isolée dans différentes configurations au cours de nombreuses années, dans une seule expérience."
Lors des premiers tests, la mémoire quantique créée par Drmota et ses collègues a obtenu des résultats très prometteurs, car elle s'est avérée très robuste, préservant l'intrication entre un ion piégé et un photon pendant au moins 10 secondes. La démonstration par l'équipe de cette mémoire quantique pourrait être une étape importante dans la quête en cours pour réaliser le traitement distribué de l'information quantique.
Grâce à leur conception, les nœuds de calcul quantiques individuels peuvent être chargés avec un nombre donné de qubits de traitement (c'est-à-dire le calcium), tandis que le qubit du réseau (c'est-à-dire le strontium) peut ensuite être utilisé pour créer des liens quantiques entre des modules distants. En fin de compte, cette mémoire quantique prometteuse pourrait ouvrir la voie à la création de systèmes informatiques quantiques évolutifs, car l'utilisation de petits modules capables de traiter des informations quantiques et de les interconnecter avec d'autres modules évite le besoin de pièges à ions volumineux et complexes.
"La mémoire quantique robuste pourrait être utilisée dans les répéteurs quantiques, pour le calcul quantique privé (aveugle), et est essentielle pour les nouveaux développements dans les communications quantiques, la métrologie et le chronométrage", a ajouté Drmota. "Par exemple, pour le domaine naissant des horloges atomiques intriquées, les longues durées de stockage d'intrication obtenues dans nos expériences conduiront à une amélioration d'un ordre de grandeur de la précision.
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COMMENTAIRES
Les efforts que font les chercheurs américains depuis 15ans pour développeer une informatique quantique m agacent mais je me dois d expliquer malgré tout à mes lecteurs l interet des articles de SCIENCE X que je traduit sur ce sujet .. Voici donc résumé en quelques questions-réponces ce qui en souligne l interet ,mais ne m en demandez pas plus !!!!
1/ Comment l information quantique est-elle stockée dans un ion piégé ?
Les qubits sont stockés dans des états électroniques stables de chaque ion, et les informations quantiques peuvent être traitées et transférées via le mouvement quantifié collectif des ions dans le piège (interagissant via la force de Coulomb).
2/Quels sont les avantages de l'informatique quantique à ions piégés ?
Les ions piégés ont des temps de cohérence relativement longs, ce qui signifie que les qubits ont une longue durée de vie. De plus, ils peuvent facilement interagir avec leurs voisins. L'évolutivité est un défi, mais, comme nous le verrons, il existe des moyens innovants de les contourner.
3/Comment fonctionne un ordinateur quantique à piège à ions ?
Résultat d'image pour Une mémoire quantique robuste qui stocke des informations dans un réseau quantique à ions piégés
Ces états quantiques se produisent lorsque les ions piégés vibrent ensemble et sont complètement isolés de l'environnement extérieur. Si les ions ne sont pas correctement isolés, le bruit peut résulter de l'interaction des ions avec des champs électromagnétiques externes, ce qui crée un mouvement aléatoire et détruit les états d'énergie quantifiés.4/Comment les ordinateurs quantiques stockent-ils les données ?
Plutôt que de stocker des informations en utilisant des bits représentés par des 0 ou des 1 comme le font les ordinateurs numériques conventionnels, les ordinateurs quantiques utilisent des bits quantiques, ou qubits, pour coder les informations sous forme de 0, de 1 ou des deux en même temps.
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More information: P. Drmota et al, Robust Quantum Memory in a Trapped-Ion Quantum Network Node, Physical Review Letters (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.090803.
Journal information: Physical Review Letters
© 2023 Science X Network
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