Cette découverte permet aux chercheurs de mettre en place un système d’alerte rapide pour les sauts imminents d’atomes artificiels contenant des informations quantiques. Une étude annonçant la découverte a été publiée dans la revue Nature.
Sommaire
L’expérience du chat de Schrödinger
Le chat de Schrödinger est un paradoxe bien connu utilisé pour illustrer le concept de superposition, la capacité d’existence simultanée de deux états opposés, et l’imprévisibilité en physique quantique. L’idée est qu’un chat soit placé dans une boîte scellée avec une source radioactive et un poison qui sera déclenché si un atome de la substance radioactive se désintègre.
La théorie des superpositions de la physique quantique suggère que, jusqu’à ce que quelqu’un ouvre la boîte, le chat est à la fois vivant et mort, une superposition d’états. En ouvrant la boîte pour observer le chat, il change brusquement son état quantique de manière abrupte, le forçant à être mort ou vivant.
Le saut quantique
Le saut quantique est le changement discret (non continu) et aléatoire de l’état lorsqu’il est observé.L’expérience, réalisée dans le laboratoire du professeur Michel Devoret à Yale et proposée par l’auteur principal Zlatko Minev, examine pour la première fois le fonctionnement réel d’un saut quantique. Les résultats révèlent une découverte surprenante qui contredit la vision établie du physicien danois Niels Bohr: les sauts ne sont ni abrupts ni aussi aléatoires qu’on le pensait auparavant.
Pour un objet minuscule tel qu’un électron, une molécule ou un atome artificiel contenant une information quantique (connue sous le nom de qubit), un saut quantique est la transition soudaine d’un de ses états d’énergie discrets à un autre. Dans le développement de l’informatique quantique, les chercheurs doivent absolument faire face aux sauts des qubits, qui sont la manifestation d’erreurs de calcul.
De la cohérence dans l’imprévisibilité
Les sauts quantiques énigmatiques ont été théorisés par Bohr il y a un siècle, mais n’ont été observés que dans les années 1980, en atomes. Ces sauts se produisent chaque fois que nous mesurons un qubit selon Devoret, professeur de physique appliquée et de physique F.W. Beinecke à Yale et membre du Yale Quantum Institute. Les sauts quantiques sont connus pour être imprévisibles à long terme.
Crédit : Kat Stockton
Malgré cela, a ajouté Minev, nous voulions savoir s’il serait possible de recevoir un signal d’avertissement indiquant qu’un saut est sur le point de se produire de façon imminente. Minev a noté que l’expérience était inspirée d’une prévision théorique du professeur Howard Carmichael de l’Université d’Auckland, pionnier de la théorie de la trajectoire quantique et co-auteur de l’étude.
Une piste prometteuse pour l’ordinateur quantique
Outre son impact fondamental, la découverte constitue une avancée majeure potentielle dans la compréhension et le contrôle de l’information quantique. Les chercheurs estiment que la gestion fiable des données quantiques et la correction des erreurs à mesure qu’elles se produisent constituent un défi majeur pour le développement d’ordinateurs quantiques pleinement utiles.
L’équipe de Yale a utilisé une approche spéciale pour surveiller indirectement un atome artificiel supraconducteur, avec trois générateurs de micro-ondes irradiant l’atome enfermé dans une cavité 3D en aluminium. La méthode de surveillance doublement indirecte, développée par Minev pour les circuits supraconducteurs, permet aux chercheurs d’observer l’atome avec une efficacité sans précédent.
Prévoir les sauts
Le rayonnement micro-ondes agite l’atome artificiel observé simultanément, ce qui entraîne des sauts quantiques. Le minuscule signal quantique de ces sauts peut être amplifié sans perte de température ambiante. Ici, leur signal peut être surveillé en temps réel. Cela a permis aux chercheurs de constater une absence soudaine de photons de détection (photons émis par un état auxiliaire de l’atome excité par les micro-ondes) et cette minuscule absence est l’avertissement préalable d’un saut quantique.
Le bel effet démontré par cette expérience est l’augmentation de la cohérence pendant le saut, malgré son observation, a déclaré Devoret. Minev a ajouté: Vous pouvez en tirer parti pour non seulement saisir le saut, mais aussi l’inverser. C’est un point crucial, ont déclaré les chercheurs. Alors que les sauts quantiques semblent discrets et aléatoires à long terme, inverser un saut quantique signifie que l’évolution de l’état quantique possède, en partie, un caractère déterministe et non aléatoire; le saut se produit toujours de la même manière prévisible à partir de son point de départ aléatoire.
Les sauts quantiques d’un atome sont quelque peu analogues à l’éruption d’un volcan selon Minev. Ils sont complètement imprévisibles à long terme. Néanmoins, avec une surveillance adéquate, nous pouvons détecter avec certitude un avertissement préalable d’un désastre imminent et agir avant qu’il ne se produise.
