Un physicien fait la lumière sur les ténèbres

Dans le laboratoire de Gerhard Kirchmair à l’Institut d’optique quantique et d’information quantique (IQOQI) de l’Académie autrichienne des sciences à Innsbruck, en Autriche, des bits quantiques supraconducteurs sont couplés à des guides d’ondes. Lorsque plusieurs de ces bits quantiques sont incorporés dans le guide d’ondes, ils interagissent les uns avec les autres, entraînant des états dits sombres. “Ce sont des états quantiques intriqués qui sont complètement découplés du monde extérieur”, explique Max Zanner, premier auteur de l’article. “Ils sont invisibles, pour ainsi dire, c’est pourquoi on les appelle des états sombres.” Ces états sont intéressants pour les simulations quantiques ou le traitement de l’information quantique — des propositions correspondantes ont été faites à plusieurs reprises ces dernières années. À ce jour, cependant, il n’a pas été possible de contrôler et de manipuler ces états sombres de manière appropriée sans briser leur invisibilité. Maintenant, l’équipe dirigée par Gerhard Kirchmair a développé un système avec lequel les états sombres des circuits supraconducteurs dans un guide d’ondes micro-ondes peuvent être manipulés de l’extérieur.

Extensible à souhait

“Jusqu’à présent, le problème a toujours été de savoir comment contrôler les états sombres complètement découplés de l’environnement”, explique Gerhard Kirchmair, également professeur de physique expérimentale à l’université d’Innsbruck. “Avec une astuce, nous avons maintenant réussi à trouver l’accès à ces états sombres.” Son équipe a construit quatre bits quantiques supraconducteurs dans un guide d’ondes micro-ondes et a attaché des lignes de contrôle via deux entrées latérales. En utilisant le rayonnement micro-ondes via ces fils, les états sombres peuvent être manipulés. Ensemble, les quatre circuits supraconducteurs forment un bit quantique robuste avec un temps de stockage environ 500 fois plus long que celui des circuits individuels. Plusieurs états sombres existent simultanément dans ce bit quantique, qui peut être utilisé pour la simulation quantique et le traitement de l’information quantique. “En principe, ce système peut être étendu de manière arbitraire”, explique Matti Silveri de l’unité de recherche sur les nanosystèmes et les systèmes moléculaires de l’université d’Oulu, en Finlande.

L’expérience réussie constitue le point de départ pour d’autres investigations sur les états sombres et leurs applications possibles. Pour l’instant, ceux-ci relèvent principalement du domaine de la recherche fondamentale, où de nombreuses questions restent ouvertes concernant les propriétés de tels systèmes quantiques. Le concept développé par les physiciens d’Innsbruck pour contrôler les états sombres peut en principe être mis en œuvre non seulement avec des bits quantiques supraconducteurs, mais également sur d’autres plates-formes technologiques. “Cependant, les circuits que nous utilisons, qui fonctionnent comme des atomes artificiels, présentent des avantages par rapport aux atomes réels, qui sont beaucoup plus difficiles à coupler fortement à un guide d’onde”, souligne Gerhard Kirchmair.

Physique naturelle a publié les résultats dans son numéro actuel. La recherche a été soutenue financièrement par le Fonds scientifique autrichien FWF, l’Académie de Finlande et l’Union européenne, entre autres. Maximilian Zanner et Christian Schneider sont membres du programme doctoral FWF Atoms, Light and Molecules (DK-ALM) de l’Université d’Innsbruck.

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Matériaux fourni par Université d’Innsbruck. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.