L’intrication quantique fonctionne mieux au niveau des circuits supraconducteurs de plusieurs centaines de micromètres et fonctionnant à des fréquences micro-ondes : connus sous le nom d’objets quantiques macroscopiques, ils pourraient être utilisés pour fabriquer des ordinateurs quantiques.
De nouvelles recherches menées par l’Ecole polytechnique fédérale de Zurich (ETH Zurich) ont confirmé que l’intrication quantique fonctionne beaucoup mieux dans les circuits électriques macroscopiques et, par conséquent, que les circuits supraconducteurs peuvent s’emmêler sur de grandes distances.
Cette découverte ouvre de possibles applications dans le domaine de l’informatique quantique distribuée et de la cryptographie quantique, soulignent les auteurs de cette recherche dans un article publié dans la revue Nature.
Il intrication quantique C’est une étrange capacité qu’ont les particules élémentaires à maintenir un lien inexplicable, même si elles sont séparées les unes des autres par des centaines de kilomètres.
controverse initiale
L’intrication quantique, qu’Einstein qualifiait de terrifiante, était à l’origine un sujet controversé en physique car elle invalide le soi-disant « principe de localité », selon lequel quelque chose qui se passe à un endroit ne devrait pas affecter un autre objet qui se trouve à un autre endroit.
En 1964, le physicien irlandais Jean Bell il a formulé un métathéorème pour prouver ou réfuter que l’intrication quantique était ou n’était pas une prédiction correcte.
Dans les années 70, les premières expériences qui ont pleinement confirmé sa validité ont été réalisées, même si ce n’est que l’année dernière (2022) que l’intrication quantique a été consacrée avec l’attribution du prix Nobel de physique.
Il a été décerné (de manière partagée) à l’éminent physicien français Alain Aspectpour avoir vérifié de manière fiable que deux particules lumineuses « intriquées » s’affectent, instantanément, encore et encore, même si elles sont très éloignées l’une de l’autre.
Passer aux supraconducteurs
La nouvelle recherche est maintenant allée plus loin dans l’exploration de l’intrication quantique, découvrant pour la première fois que fonctionne très bien dans les circuits supraconducteurs.
Ce détail est important car il confirme que les circuits supraconducteurs fonctionnent selon les lois de la mécanique quantique, même s’ils sont beaucoup plus grands que les objets quantiques microscopiques tels que les photons ou les ions avec lesquels l’intrication avait été précédemment prouvée.
Les circuits électroniques, de plusieurs centaines de micromètres, sont constitués de matériaux supraconducteurs et fonctionnent à des fréquences micro-ondes : on les appelle objets quantiques macroscopiques.
Dans ce nouveau travail, les chercheurs ont réussi à montrer que des objets de mécanique quantique macroscopiques éloignés peuvent être beaucoup plus corrélé les uns avec les autres qu’il n’est possible dans les systèmes conventionnels.
En outre, ils fournissent une confirmation supplémentaire de la mécanique quantique (conformément à ce qu’Aspect et d’autres avaient réalisé), ainsi que montrent que l’intrication peut être utilisée dans les supraconducteurs et construire des ordinateurs quantiques avec eux.
Coupe partielle de la connexion quantique de 30 mètres de long entre deux circuits supraconducteurs. ETH Zurich / Daniel Winkler
Zéro absolu
L’expérience supportant ces possibilités était compliquée : elle devait être réalisée dans un vide proche du zéro absolu et nécessitait 1,3 tonne de cuivre et 14 000 vis.
Il a pu établir que la distance la plus courte pour réussir l’intrication quantique entre supraconducteurs est d’environ 33 mètres, puisqu’une particule de lumière met environ 110 nanosecondes pour parcourir cette distance dans le vide. C’est quelques nanosecondes de plus qu’il n’en a fallu aux chercheurs pour réaliser l’expérience.
La procédure est la suivante : Avant le début de chaque mesure, un photon micro-onde est transmis de l’un des deux circuits supraconducteurs à l’autre afin que les deux circuits soient intriqués.
Puis le générateurs de nombres aléatoires ils décident quelles mesures sont effectuées sur les deux circuits dans le cadre du test. Les résultats de mesure des deux côtés sont ensuite comparés.
enchevêtrement à grande échelle
Après avoir évalué plus d’un million de mesures, les chercheurs ont montré avec un très grande certitude statistique que l’intrication quantique à ce niveau est obtenue avec cette configuration expérimentale.
Cela les amène à considérer qu’en principe, il serait possible de construire des installations qui franchissent de la même manière des distances encore plus grandes.
Ils ajoutent que cette méthodologie pourrait être utilisée, par exemple, pour connecter des ordinateurs quantiques supraconducteurs sur de grandes distances.
Aussi que ce résultat peut également être utilisé en cryptographie, par exemple, pour montrer que les informations sont effectivement transmises sous forme cryptée, explique Simon Storzpremier auteur de la nouvelle recherche, dans un libérer.
Référence
Violation de l’inégalité de Bell sans échappatoire avec des circuits supraconducteurs. Simon Storz et al. Nature, volume 617, pages 265-270 (2023). DOI : https://doi.org/10.1038/s41586-023-05885-0