Les progrès récents en physique quantique ont permis un grand pas en avant : une nouvelle conception de mémoire quantique démontrant une efficacité et une fidélité sans précédent. Des chercheurs de l’Université Jiao Tong de Shanghai et de l’Université normale de Chine orientale ont développé une mémoire quantique Raman capable de stocker et de récupérer des informations quantiques avec une efficacité de 94,6 % et une fidélité de 98,91 %, ce qui se rapproche efficacement de la « perfection » en matière de stockage quantique.
Le défi de la mémoire quantique
Les mémoires quantiques sont des composants essentiels des futures technologies quantiques, notamment les ordinateurs quantiques, la communication quantique longue distance et les systèmes de détection avancés. Cependant, les conceptions précédentes souffraient de limites inhérentes : une efficacité élevée se faisait souvent au détriment d’une fidélité réduite, et vice versa. Le principal obstacle était le bruit indésirable et les fluctuations aléatoires dégradant les informations quantiques stockées. Atteindre à la fois une efficacité élevée et une haute fidélité a été un défi central dans le domaine.
Une solution mathématiquement guidée
Cette avancée, détaillée dans Physical Review Letters, se concentre sur une nouvelle approche du contrôle des interactions atome-lumière pendant le stockage quantique. L’équipe a utilisé un schéma Raman résonnant lointain, permettant un stockage à large bande et un traitement du signal plus rapide par rapport à d’autres méthodes. Surtout, ils ont introduit une technique de contrôle adaptative précise basée sur le principe de cartographie spatio-temporelle atome-lumière, décrit mathématiquement par la transformée de Hankel. Cette méthode permet à la mémoire d’être optimisée pour des performances optimales, en minimisant le bruit et en maximisant la fidélité.
“Fondamentalement, ce travail est la première fois à découvrir le mécanisme physique derrière la cartographie atome-lumière dans la mémoire quantique”, explique le professeur Weiping Zhang, chercheur principal à l’université Jiao Tong de Shanghai. “En pratique, ce travail constitue une avancée majeure dans le développement d’une nouvelle méthode et d’une technique prometteuse pour atteindre une référence en matière de mémoire quantique.”
Rompre avec le compromis efficacité-fidélité
Les chercheurs ont mis en œuvre avec succès leur approche en utilisant une vapeur chaude de rubidium-87 (⁸⁷Rb), démontrant que le compromis auparavant limitant entre efficacité et fidélité peut être surmonté. En contrôlant avec précision les interactions atome-lumière, ils ont atteint des performances proches de l’unité dans les deux mesures. Cela représente une étape importante vers la création de mémoires quantiques pratiques et fiables pour les technologies avancées.
Implications pour les technologies quantiques
Cette percée a de vastes implications pour l’avenir de l’informatique quantique et de la communication. Des mémoires quantiques fiables sont essentielles pour construire des ordinateurs quantiques évolutifs, permettre des réseaux de communication quantique longue distance et développer des systèmes de détection quantique distribués. La méthode de l’équipe offre une voie claire vers la réalisation de ces technologies.
L’équipe du professeur Zhang prévoit d’explorer davantage de nouveaux principes basés sur la physique et d’intégrer leur mémoire dans des répéteurs quantiques pour des architectures informatiques quantiques et des réseaux quantiques tolérants aux pannes. Cela suggère une trajectoire continue d’innovation dans le domaine.
Le développement d’une mémoire quantique quasi parfaite représente une étape cruciale dans l’avancement des technologies quantiques, ouvrant la voie à un avenir où les ordinateurs quantiques et les réseaux de communication deviendront une réalité.
