Nous voyons le monde qui nous entoure parce que la lumière est absorbée par des cellules spécialisées de notre rétine. Mais la vision peut-elle se produire sans aucune absorption, sans même une seule particule de lumière ? Par surprise, la réponse est oui.
Imaginez que vous ayez une cartouche d’appareil photo qui pourrait contenir un rouleau de film photographique. Le rouleau est si sensible qu’entrer en contact avec même un seul photon le détruirait. Avec nos moyens classiques de tous les jours, il n’y a aucun moyen de savoir s’il y a un film dans la cartouche, mais dans le monde quantique, cela peut être fait. Anton Zeilinger, l’un des lauréats du prix Nobel de physique 2022, a été le premier à mettre en œuvre expérimentalement l’idée d’une expérience sans interaction utilisant l’optique.
Maintenant, dans une étude explorant le lien entre les mondes quantique et classique, Shruti Dogra, John J. McCord et Gheorghe Sorin Paraoanu de l’Université Aalto ont découvert un nouveau moyen beaucoup plus efficace de réaliser des expériences sans interaction. L’équipe a utilisé des dispositifs transmon – des circuits supraconducteurs relativement grands mais qui présentent toujours un comportement quantique – pour détecter la présence d’impulsions micro-ondes générées par des instruments classiques. Leurs recherches ont récemment été publiées dans Communication Nature.
Une expérience avec une couche supplémentaire de « quantité »
Bien que Dogra et Paraoanu aient été fascinés par le travail effectué par le groupe de recherche de Zeilinger, leur laboratoire est centré sur les micro-ondes et les supraconducteurs au lieu des lasers et des miroirs. « Nous avons dû adapter le concept aux différents outils expérimentaux disponibles pour les dispositifs supraconducteurs. Pour cette raison, nous avons également dû modifier le protocole standard sans interaction d’une manière cruciale : nous avons ajouté une autre couche de « quantité » en utilisant une énergie plus élevée. niveau du transmon. Ensuite, nous avons utilisé la cohérence quantique du système à trois niveaux résultant comme ressource », explique Paraoanu.
La cohérence quantique fait référence à la possibilité qu’un objet puisse occuper deux états différents en même temps, ce que la physique quantique permet. Cependant, la cohérence quantique est délicate et s’effondre facilement, il n’était donc pas immédiatement évident que le nouveau protocole fonctionnerait. À l’agréable surprise de l’équipe, les premiers essais de l’expérience ont montré une nette augmentation de l’efficacité de détection. Ils sont retournés plusieurs fois à la planche à dessin, ont exécuté des modèles théoriques confirmant leurs résultats et ont tout revérifié. L’effet était bel et bien là.
« Nous avons également démontré que même les impulsions micro-ondes de très faible puissance peuvent être détectées efficacement à l’aide de notre protocole », explique Dogra.
L’expérience a également montré une nouvelle façon dont les dispositifs quantiques peuvent obtenir des résultats impossibles pour les dispositifs classiques – un phénomène connu sous le nom d’avantage quantique. Les chercheurs pensent généralement que pour obtenir un avantage quantique, il faudra des ordinateurs quantiques avec de nombreux qubits, mais cette expérience a démontré un véritable avantage quantique en utilisant une configuration relativement plus simple.
Applications potentielles dans de nombreux types de technologie quantique
Les mesures sans interaction basées sur l’ancienne méthodologie moins efficace ont déjà trouvé des applications dans des processus spécialisés tels que l’imagerie optique, la détection de bruit et la distribution de clés cryptographiques. La méthode nouvelle et améliorée pourrait augmenter considérablement l’efficacité de ces processus.
« En informatique quantique, notre méthode pourrait être appliquée pour diagnostiquer les états micro-ondes-photons dans certains éléments de mémoire. Cela peut être considéré comme un moyen très efficace d’extraire des informations sans perturber le fonctionnement du processeur quantique », explique Paraoanu.
Le groupe dirigé par Paraoanu explore également d’autres formes exotiques de traitement de l’information en utilisant leur nouvelle approche, telles que la communication contrefactuelle (communication entre deux parties sans transfert de particules physiques) et l’informatique quantique contrefactuelle (où le résultat d’un calcul est obtenu sans fait fonctionner l’ordinateur).
Plus d’information:
Shruti Dogra et al, Détection cohérente sans interaction des impulsions micro-ondes avec un circuit supraconducteur, Communication Nature (2022). DOI : 10.1038/s41467-022-35049-z