Scientists succeed in trapping molecules to perform quantum operations for the first time
traduit et commente par RICHARD O HARTMANSHENN
Des scientifiques parviennent à piéger des molécules pour effectuer des opérations quantiques pour la première fois
Les molécules n'ont pas été utilisées dans l'informatique quantique, même si elles ont le potentiel de rendre la technologie expérimentale à très grande vitesse encore plus rapide. Leurs richesses structures internes étaient considérées comme trop compliquées, trop délicates, trop imprévisibles pour être gérées, c'est pourquoi des particules plus petites ont été utilisées.
es physiciens et les ingénieurs travaillent depuis plusieurs décennies au développement de l'informatique quantique. Cette technologie, qui exploite des aspects de la mécanique quantique pour le calcul, promet des vitesses exponentiellement plus rapides que celles des ordinateurs classiques, ce qui pourrait permettre des avancées révolutionnaires dans des domaines tels que la médecine, la science et la finance.
Les expériences avec des ions piégés, des atomes neutres et des circuits supraconducteurs dominent le monde de l'informatique quantique. Dans ces systèmes, de minuscules particules individuelles peuvent être piégées de manière fiable pour servir de qubits et former des portes logiques quantiques. L'article de l'équipe de Harvard détaille le processus beaucoup plus complexe impliqué dans l'utilisation de molécules pour former une porte iSWAP, un circuit quantique clé qui crée l'intrication, la propriété même qui rend l'informatique quantique si puissante.
Les chercheurs ont commencé par piéger des molécules de sodium-césium (NaCs) avec des pinces optiques dans un environnement stable et extrêmement froid. Les interactions électriques dipôle-dipôle (ou positives-négatives) entre les molécules ont ensuite été utilisées pour effectuer une opération quantique. En contrôlant soigneusement la rotation des molécules l'une par rapport à l'autre, l'équipe a réussi à enchevêtrer deux molécules, créant ainsi un état quantique connu sous le nom d'état de Bell à deux qubits avec une précision de 94 %.
Les portes logiques permettent le traitement des informations dans les ordinateurs quantiques tout comme dans les ordinateurs traditionnels. Mais alors que les portes classiques manipulent des bits binaires (0 et 1), les portes quantiques fonctionnent sur des qubits, qui peuvent réaliser ce que l'on appelle des superpositions, c'est-à-dire exister dans plusieurs états simultanément. Cela signifie que les ordinateurs quantiques peuvent faire des choses qui seraient impossibles pour les machines traditionnelles, comme créer des états intriqués en premier lieu, ou même effectuer des opérations dans plusieurs états de calcul à la fois.
Molécules de NaCs dans des pinces optiques pour les interactions dipolaires et les portes logiques quantiques. Crédit : Nature (2024). DOI : 10.1038/s41586-024-08177-3
Les portes quantiques sont également réversibles et capables de manipuler les qubits avec précision tout en préservant leur nature quantique. La porte iSWAP utilisée dans cette expérience a échangé les états de deux qubits et appliqué ce que l'on appelle un décalage de phase, une étape essentielle dans la génération de l'intrication où les états de deux qubits deviennent corrélés quelle que soit la distance qui les sépare.
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"Notre travail marque une étape importante dans la technologie des molécules piégées et constitue le dernier élément de base nécessaire à la construction d'un ordinateur quantique moléculaire", a déclaré Annie Park, co-auteure et chercheuse postdoctorale. "Les propriétés uniques des molécules, telles que leur riche structure interne, offrent de nombreuses opportunités pour faire progresser ces technologies."
Depuis les années 1990, les scientifiques rêvent d'exploiter les systèmes moléculaires, avec leurs spins nucléaires et leurs techniques de résonance magnétique nucléaire, pour l'informatique quantique. Une série d'expériences préliminaires a montré des résultats encourageants, mais les molécules se sont révélées généralement instables pour une utilisation dans des opérations quantiques en raison de leurs mouvements imprévisibles. Cela peut interférer avec la cohérence, l'état quantique délicat nécessaire à des opérations fiables.
Mais piéger les molécules dans des environnements ultra-froids, où les structures internes complexes de la molécule peuvent être contrôlées, permet de surmonter cet obstacle. Après avoir maintenu ces molécules avec des pinces optiques (avec des lasers focalisés avec précision pour contrôler de minuscules objets), les chercheurs ont pu minimiser le mouvement des molécules et manipuler leurs états quantiques.
Cette percée a été rendue possible par plusieurs membres du laboratoire de Ni, dont Lewis R.B. Picard, Annie J. Park, Gabriel E. Patenotte et Samuel Gebretsadkan, ainsi que par des physiciens du Centre de théorie de la matière quantique de l'Université du Colorado.
Pour évaluer l'ensemble de l'opération, l'équipe de recherche a mesuré l'état de Bell à deux qubits résultant et étudié les erreurs causées par tout mouvement qui se produisait. Cela leur a donné des idées pour améliorer la stabilité et la précision de leur configuration dans les expériences futures. Le passage d'un état d'interaction à un état de non-interaction a également permis aux chercheurs de numériser leur expérience, offrant ainsi des informations supplémentaires.
« Il y a beaucoup de place pour les innovations et les nouvelles idées sur la façon d'exploiter les avantages de la plateforme moléculaire », a déclaré Ni. « Je suis impatient de voir ce qui en sortira.
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Des scientifiques parviennent à piéger des molécules pour effectuer des opérations quantiques pour la première fois
Les molécules n'ont pas été utilisées dans l'informatique quantique, même si elles ont le potentiel de rendre la technologie expérimentale à très grande vitesse encore plus rapide. Leurs riches structures internes étaient considérées comme trop compliquées, trop délicates, trop imprévisibles pour être gérées, c'est pourquoi des particules plus petites ont été utilisées.
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Commentaires
Les molécules n'ont pas été utilisées dans l'informatique quantique, même si elles ont le potentiel de rendre la technologie expérimentale à très grande vitesse encore plus rapide. Leurs structures interneraient riches étaient considérées comme trop compliquées, trop délicates, trop imprévisibles pour être gérées, c'est pourquoi des particules plus petites ont été utilisées.
Le potentiel d' utilisation de l intrication quantique réside dans le fait qu"a un instant précis t les deux particules à intriquer partagent le mem " lit temporel'' ( soient exactement synchrones ) ... C 'est alors ce petit badge ou
schmilblick commun
qu' elles continueront a partager and elles se seront séparées et continueront chacune leur chamsin .... Deux molécules ,deux amomes ,deux noyaux ou meme deux electrons de spin diffèrent
présentent trop de ''complexité interne''
pou offrir la conservation de ce '' synchronisme temporel exact ''...
Surtout pour accoupplrt par exemplr deux processus quantiques en vue
de calcul récis et plus rapide s
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More information: L
ewis R. B. Picard et al, Entanglement and iSWAP gate between molecular qubits, Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-08177-3
Journal information: Nature
Provided by Harvard University
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