Je m’attaque aujourd’hui à la dernière traduction du Physics world semaine 46 et elle traite de l’intrication… »Quoi ? Vous entends- je vous récrier ! Encore ce sujet OLIVIER ? Mais pourquoi est-il donc devenu tellement à la mode ? » … Je vous réponds : il ne s’agit pas de mode mais de sujets très intéressants « budgétairement parlant « et si certains considèrent qu’une solution d’ordinateur quantique grâce à ce phénomène est rendue possible, cela devient alléchant pour les inventeurs et leurs brevets et aussi pour leurs investisseurs !!!! Oui ! C’est vrai ….J’ai parfois une vision cynique aussi de la RECHERCHE !!!!!!
L’article est présenté sous ce titre : « Quantum dots entangled with single photons » que je vous traduis par « boites quantiques intriquées avec un seul photon »
« Deux équipes indépendantes de physiciens ont été les premières à avoir intriqué un seul photon avec un spin d’un unique électron « casé » dans une boite quantique. C est grace à la facilité avec laquelle les boites quantiques peuvent être fabriquées et contrôlées, que cette percée pourrait mener à des ordinateurs quantiques pratiques et à des systèmes de communication quantique.
L'intrication est un effet quantique qui permet à des particules telles que des photons et des électrons d'avoir une relation plus étroite que celle prédite par la physique classique. Par exemple, une paire photon-électron peut être créée expérimentalement de telle sorte que si la polarisation du photon est déterminée commeverticale , la mesure de spin de l'électron trouvera son spin orienté dans le même sens. Cela se produit bien qu’une mesure effectuée sur le photon seul (ou électronique) puisse révéler une valeur aléatoire……..
Cette relation si étroite pourrait être mise à profit dans les ordinateurs quantiques, lesquels pourraient, en principe, surpasser alors les ordinateurs classiques d'aujourd'hui. Les photons sont appelés à jouer un rôle important dans le calcul quantique, car ils peuvent transporter des bits d'information quantique (qubit) sur de longues distances. Cependant, les photons ne peuvent pas par leur nature même rester immobile et des qubits fixes tels que ceux des boites quantiques deviennent nécessaires pour stocker l'information quantique. Bien que les chercheurs aient déjà montré que les ions piégés et des défauts dans les cristaux de diamant peuvent être intriqués avec des photons uniques, ces systèmes peuvent se montrer difficiles à travailler sur le plan pratique.
Note du traducteur :Un peu de pédagogie est ici nécessaire et je vous rappelle qu’une « boite quantique »( les anglo-saxons emploient le terme quantum dots = point quantique –) n’est pas un objet miraculeux ! C’est un nanocristal de matériau semi-conducteur dont les dimensions sont inférieures à 10 nm. Il a par exemple sur ma photo une forme pyramidale
De par sa taille, il se comporte comme un puits de potentiel qui réussit à confiner ( = garder) les électrons et :ou les lacunes dans les trois dimensions de l'espace, à l’intérieur d’ une région d'une taille de l'ordre de celle de la longueur d onde DE BROGLIE pour l électron ….Ce confinement donne alors aux boîtes quantiques une propriété analogue à celles d'un atome…. C’est la raison pour laquelle on appelle aussi ces boites quantiques des « atomes artificiels « avec des fonctions d’ondes électroniques de type s ou p pour des boites rectangulaires ! Leur technologie de fabrication est assez générale : des fils quantiques , des puits ou des boites quantiques sont fabriqués par des techniques de croissance epitaxiale , soit sous formes de nano cristaux par chimie ou par implantation ionique ou par des nano dispositifs à l’aide de techniques lithographiques ……..
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Couleur ou polarisation ?
Une des équipes de recherche comprenait Kristiaan de Grève et ses collègues de l'Université de Stanford et était axée sur l'information quantique stockée sur la polarisation des photons. L'autre équipe, dirigée par Atac Imamoglu à l'ETH Zurich, a adopté une approche différente qui consistait a stocker les informations sur la longueur d'onde des photons
Les boites quantiques utilisées étaient de minuscules morceaux de semi-conducteurs qui sont compatibles avec l'électronique classique et offraient donc une solution pratique. Les deux équipes utilisaient des boites quantiques constituées par l'interface de deux semi-conducteurs différents. Un seul électron peut alors être emprisonné dans la boite - et comme la boite est adéquatement petite , l'électron ne peut qu’habiter l’ ensemble de niveaux d'énergie d’un atome .
L'information quantique peut être stockée sur le spin de l'électron - avec "0" correspondant à spin haut et "1" pour spin bas par exemple. Dans les deux expériences , celle de Stanford et celle de l'ETH , la valeur du qubit a été placée en spin haut en envoyant une impulsion par "pompage" laser au niveau des boites . Ensuite, une deuxième impulsion laser est tirée sur la boite ,et qui pousse l’ électron à un état d'énergie supérieur. Cet état peut alors se décomposer soit à un état de spin- haut avec l'émission d'un photon "bleu" à polarisation verticale, soit d'un état de spin-bas et un photon «rouge" qui est polarisé horizontalement. Rouge et bleu se réfèrent simplement aux longueurs d'onde des photons, cette dernière étant plus courte que la première.
Trop d intrication ?
Le processus laisse la boite quantique doublement intriquée avec à la fois la couleur et de la polarisation du photon. Or pour que les états intriqués puissent être utiles pour des applications de calcul quantique, ils ne doivent concerner qu'une seule propriété du photon. Donc un défi important pour les deux équipes est de savoir comment détruire un type d'intrication sans affecter l'autre.
De Greve et ses collègues ont résolu ce problème en réduisant l'énergie du photon par un processus appelé "conversion vers le bas". Cela se fait par l'envoi d'un photon à travers un cristal particulier qui est pompé par un laser infrarouge. Ce processus a pour effet de "brouiller ensemble" les deux états de couleur du photon et de supprimer cet aspect de l'intrication - tout en préservant la polarisation. Un avantage supplémentaire de ce processus de down-conversion est que le photon émerge à une longueur d'onde compatible avec les systèmes de télécommunications optiques
Pendant ce temps en Suisse, l'équipe Imamoglu a dû faire face au problème inverse d'effacer l'intrication de la polarisation tout en épargnant la couleur. Pour ce faire, ils comptaient sur le fait qu'un photon polarisé dans le plan - soit avec une polarisation horizontale soit verticale - peut être exprimé comme une superposition d'états de photons polarisés circulairement (dans le sens horaire et anti-horaire). L'équipe a passé leur photon à travers un filtre polarisant qui met tous les photons dans un état anti-horaire en effaçant l'intrication de polarisation. Les impulsions laser utilisées pour conduire le processus d'intrication ont été conduits à produire une polarisation circulaire, ce qui signifie que le filtre polarisant a également empêché cette lumière d ‘ inonder la détection de photons uniques intriqués.
Mesure de rotation
Dans les deux appareillages le spin de la boîte quantique est mesurée en tirant une seconde impulsion laser sur la boite quantique . Le résultat implique l'émission d'un photon avec une polarisation qui est liée à l'état de spin de la boite quantique. En mesurant les corrélations entre le photon à-mesure de spin et la couleur ou la polarisation du photon qubit, les deux équipes ont été en mesure de prouver l’intrication .
Les physiciens ont déjà montré que les photons pouvaient rester intriqués après avoir parcouru une distance de plus de 100 km dans l'air et par conséquent, cette évolution pourrait offrir un moyen de relier des ordinateurs quantiques sur de grandes distances. Et parce que des états intriqués sont détruits si un espion tente d'intercepter un message, le système des boites quantiques pourrait également trouver une utilisation dans les systèmes de chiffrement quantique.
Les deux expériences sont décrites dans Nature.
About the author Hamish Johnston is editor of physicsworld.com
Et voici le lien anglais
Jeu de briques
Snake
Pacman
Bubble