Une forme spéciale de lumière fabriquée à partir d’une ancienne pierre précieuse namibienne pourrait être la clé de nouveaux ordinateurs quantiques basés sur la lumière, qui pourraient résoudre des mystères scientifiques de longue date, selon de nouvelles recherches menées par l’Université de St Andrews.
La recherche, menée en collaboration avec des scientifiques de l’Université de Harvard aux États-Unis, de l’Université Macquarie en Australie et de l’Université d’Aarhus au Danemark et publiée dans Matériaux naturelsa utilisé une pierre précieuse d’oxyde cuivreux (Cu2O) extraite naturellement de Namibie pour produire des polaritons de Rydberg, les plus grandes particules hybrides de lumière et de matière jamais créées.
Les polaritons de Rydberg passent continuellement de la lumière à la matière et inversement. Dans les polaritons de Rydberg, la lumière et la matière sont comme les deux faces d’une pièce de monnaie, et la face matière est ce qui fait interagir les polaritons.
Cette interaction est cruciale car c’est elle qui permet la création de simulateurs quantiques, un type particulier d’ordinateur quantique, où l’information est stockée en bits quantiques. Ces bits quantiques, contrairement aux bits binaires des ordinateurs classiques qui ne peuvent être que 0 ou 1, peuvent prendre n’importe quelle valeur entre 0 et 1. Ils peuvent donc stocker beaucoup plus d’informations et effectuer plusieurs processus simultanément.
Cette capacité pourrait permettre aux simulateurs quantiques de résoudre d’importants mystères de la physique, de la chimie et de la biologie, par exemple, comment fabriquer des supraconducteurs à haute température pour les trains à grande vitesse, comment fabriquer des engrais moins chers susceptibles de résoudre la faim dans le monde, ou comment les protéines se replient pour faciliter produire des médicaments plus efficaces.
Le chef de projet, le Dr Hamid Ohadi, de l’École de physique et d’astronomie de l’Université de St Andrews, déclare que « la création d’un simulateur quantique avec de la lumière est le Saint Graal de la science. Nous avons fait un grand pas vers cela en créant des polaritons de Rydberg, l’ingrédient clé de celui-ci. »
Pour créer des polaritons de Rydberg, les chercheurs ont piégé la lumière entre deux miroirs hautement réfléchissants. Un cristal d’oxyde cuivreux provenant d’une pierre extraite en Namibie a ensuite été aminci et poli en une plaque de 30 micromètres d’épaisseur (plus mince qu’un cheveu humain) et pris en sandwich entre les deux miroirs pour rendre les polaritons de Rydberg 100 fois plus grands que jamais auparavant.
L’un des principaux auteurs, le Dr Sai Kiran Rajendran, de l’École de physique et d’astronomie de l’Université de St Andrews, déclare que « l’achat de la pierre sur eBay était facile. Le défi était de créer des polaritons de Rydberg qui existent dans une couleur extrêmement étroite. Portée. »
L’équipe affine actuellement ces méthodes afin d’explorer la possibilité de fabriquer des circuits quantiques, qui sont le prochain ingrédient des simulateurs quantiques.
Konstantinos Orfanakis et al, Rydberg exciton–polaritons in a Cu2O microcavity, Matériaux naturels (2022). DOI : 10.1038/s41563-022-01230-4