En utilisant des pincettes optiques composées de lumière laser, les chercheurs ont développé une nouvelle façon de manipuler les atomes individuels et de créer un état d’hyper-entrepôt.
Cette percée pourrait conduire à de nouvelles formes de calcul quantique et les progrès des simulations quantiques conçues pour répondre aux questions fondamentales sur la physique.
Les scientifiques de Caltech utilisent des pincettes optiques pour contrôler les atomes individuels depuis plusieurs décennies, conduisant à un certain nombre d’avancées, notamment Correction d’erreur quantique et une méthode pour créer le horloges les plus précises du monde.
Cependant, un problème persistant dans le processus a été le mouvement naturel des atomes, qui peuvent introduire du bruit (et des erreurs) dans un système quantique. Mais dans l’étude révolutionnaire, publiée dans la revue Sciencecette faiblesse a été transformée.
« Nous montrons que le mouvement atomique, qui est généralement traité comme une source de bruit indésirable dans les systèmes quantiques, peut être transformé en force », a déclaré Adam Shaw dans un déclaration Sur le site Web de Caltech, un chercheur postdoctoral et premier auteur de l’étude.
Au lieu d’une influence perturbatrice, Shaw et ses collègues ont exploité ce mouvement pour créer des ensembles d’atomes hyper-entangés. L’hyper-entrepôt est distinct du traditionnel enchevêtrement quantiquequi décrit deux ou plusieurs particules qui sont en synchronisation et partagent une propriété sur de vastes distances. Les atomes hyper-entangés, en revanche, peuvent partager plusieurs propriétés en même temps.
Dans l’expérience, l’équipe Caltech a pu relier les états de mouvement et les états électroniques (une mesure du niveau d’énergie interne d’un atome) dans une paire d’atomes en même temps.
Cette réalisation est une étape importante en termes de volume et d’efficacité, selon Manuel enddresprofesseur de physique à Caltech et co-auteur de l’étude. « Cela nous permet d’encoder plus d’informations quantiques par atome », a-t-il déclaré dans le communiqué. « Vous obtenez plus d’intrication avec moins de ressources. »
Pour réaliser cet état d’hyper-entrepôt, l’équipe a d’abord dû refroidir un atome de terre alcalin sans charge en utilisant une nouvelle méthode qui met en fin de la «détection et la correction active subséquente des excitations de mouvement thermique». En déployant cette méthode, l’équipe a pu geler presque complètement le mouvement de l’atome.
L’étape suivante consistait à faire osciller les atomes comme un pendule à une petite échelle dans deux directions différentes, créant simultanément un état de superposition – Lorsqu’une particule présente en même temps des propriétés opposées. Ces atomes oscillants ont ensuite été enchevêtrés avec des partenaires qui correspondent à leur mouvement, et enfin hyper-entangés pour refléter également leurs états électroniques.
Selon les ENDRES, le point de l’expérience était de trouver la limite de contrôle qu’ils pouvaient exercer sur les atomes. « Nous construisons essentiellement une boîte à outils », a-t-il déclaré. « Nous savions comment contrôler les électrons dans un atome, et nous avons maintenant appris à contrôler le mouvement externe de l’atome dans son ensemble – c’est comme un jouet atome que vous avez pleinement maîtrisé. »
L’une des facettes les plus excitantes de cette découverte est l’implication selon laquelle encore plus d’états ou de propriétés pourraient être empêtrés, ce qui, selon peut conduire à un certain nombre d’applications potentielles.
« Les états de mouvement pourraient devenir une ressource puissante pour la technologie quantique, du calcul à la simulation en passant par les mesures de précision. »
