Des physiciens « enchevêtrent » pour la 1ère fois des molécules individuelles

Pour la première fois, une équipe de physiciens a réussi à lier des molécules individuelles dans des états spéciaux qui sont « intriqués » de manière quantique. Dans ces états étranges, les molécules restent corrélées entre elles et peuvent interagir simultanément, même si elles sont à des kilomètres de distance, ou même si elles occupent les extrémités opposées de l’univers.

Le concept d’entrelacement quantique est un pilier majeur de la mécanique quantique. Il se produit lorsque deux particules deviennent inextricablement liées l’une à l’autre de telle sorte que ce lien persiste, même si une particule est à des années-lumière de l’autre.

C’est le phénomène qu’Albert Einstein, qui a d’abord remis en question sa validité, a décrit comme une « action effrayante à distance ». Depuis lors, les physiciens ont démontré que l’entrelacement est en fait une description précise du monde physique et de la structure de la réalité.

Les défis de l’entrelacement quantique

La construction de l’avantage quantique et la réalisation d’un entrelacement quantique contrôlable restent un défi, notamment parce que les ingénieurs et les scientifiques ne sont toujours pas clairs sur la plateforme physique la plus appropriée pour créer des qubits.

Au cours des dernières décennies, de nombreuses technologies différentes, telles que les ions piégés, les photons, les circuits supraconducteurs, pour n’en nommer que quelques-unes, ont été explorées comme candidats pour les ordinateurs et les dispositifs quantiques.

Les molécules et l’entrelacement quantique

Jusqu’à cette expérience, cependant, les molécules avaient longtemps défié l’entrelacement quantique contrôlable. Mais l’équipe de Lawrence Cheuk, professeur adjoint de physique à l’Université de Princeton a trouvé un moyen, grâce à une manipulation minutieuse en laboratoire, de contrôler des molécules individuelles et de les amener à entrer dans ces états quantiques interconnectés. Ils pensent également que les molécules ont certains avantages – par rapport aux atomes, par exemple – qui les rendent particulièrement bien adaptées à certaines applications dans le traitement de l’information quantique et la simulation de matériaux complexes.

En synthèse

En bref, les chercheurs ont démontré la capacité de créer des qubits bien contrôlés et cohérents à partir de molécules contrôlées individuellement. Pour entrelacer les molécules, ils ont dû faire interagir la molécule. Avec une série d’impulsions micro-ondes, ils ont fait interagir les molécules individuelles entre elles de manière cohérente. En laissant l’interaction se dérouler pendant une durée précise, ils ont mis en œuvre une porte à deux qubits qui entrelace deux molécules.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que l’entrelacement quantique ?

L’entrelacement quantique est un phénomène qui se produit lorsque deux particules deviennent inextricablement liées l’une à l’autre de telle sorte que ce lien persiste, même si une particule est à des années-lumière de l’autre.

Qu’est-ce qu’un qubit ?

Un qubit, ou bit quantique, est l’unité de base de l’information quantique. Contrairement à un bit classique qui peut prendre la valeur de 0 ou 1, un qubit peut être simultanément dans une superposition de 0 et 1.

Qu’est-ce que l’avantage quantique ?

L’avantage quantique fait référence à la capacité des dispositifs quantiques à surpasser leurs homologues classiques dans certaines tâches.

Quels sont les défis de l’entrelacement quantique ?

La réalisation d’un entrelacement quantique contrôlable reste un défi, notamment parce que les ingénieurs et les scientifiques ne sont toujours pas clairs sur la plateforme physique la plus appropriée pour créer des qubits.

Quel est le rôle des molécules dans l’entrelacement quantique ?

Les molécules ont certains avantages qui les rendent particulièrement bien adaptées à certaines applications dans le traitement de l’information quantique et la simulation de matériaux complexes. Cependant, elles ont longtemps défié l’entrelacement quantique contrôlable.

Références

The study, “On-Demand Entanglement of Molecules in a Reconfigurable Optical Tweezer Array,” by Connor M. Holland, Yukai Lu, and Lawrence W. Cheuk was published in Science on December 8, 2023. DOI: 10.1126/science.adf4272