Des molécules intriquées pour la première fois, potentiel énorme pour l'ordinateur quantique

Dans une percée scientifique à l'Université de Princeton, l'équipe de Lawrence Cheuk a réalisé un exploit en physique quantique: l'intrication de molécules individuelles. Publiée dans la revue Science, cette recherche révèle un phénomène fascinant: des molécules intriquées, bien que séparées par de grandes distances, peuvent rester physiquement connectées.

L'intrication quantique, un concept clé de la mécanique quantique, implique que deux particules sont liées de telle manière que l'état de l'une affecte instantanément l'autre, peu importe la distance les séparant. Albert Einstein le décrivait comme une "action fantomatique à distance", une idée qui, bien qu'initialement controversée, est aujourd'hui largement acceptée par les scientifiques.


L'expérience de Princeton a franchi un nouveau pas en utilisant des molécules. Les molécules, plus complexes que les atomes, offrent des possibilités supplémentaires pour stocker et traiter l'information. Par exemple, les modes de vibration et de rotation d'une molécule peuvent être utilisés pour coder de l'information.

Pour réaliser leur expérience, les chercheurs ont refroidi les molécules à des températures extrêmement basses, où les lois de la mécanique quantique prennent le dessus. Ils ont utilisé des "pinces optiques", sorte de faisceaux laser très précis, pour manipuler individuellement chaque molécule. Ils ont ensuite réussi à coder des qubits (les bits de l'informatique quantique) dans ces molécules.

Pour créer l'intrication, les chercheurs ont provoqué des interactions entre les molécules à l'aide d'impulsions micro-ondes. Cette méthode leur a permis de lier deux molécules dans un état intriqué.

Cette recherche ouvre des perspectives prometteuses pour la science quantique, notamment pour simuler des systèmes complexes où des phénomènes émergents, comme de nouveaux types de magnétisme, pourraient être étudiés. Elle est essentielle pour le développement futur de l'ordinateur quantique et la simulation de matériaux complexes.

Un autre groupe de recherche, mené par John Doyle, Kang-Kuen Ni et Wolfgang Ketterle, a obtenu des résultats similaires, confirmant la fiabilité et l'importance de ces découvertes.

L'ordinateur quantique

Un ordinateur quantique est un type d'ordinateur qui utilise les principes de la mécanique quantique pour traiter l'information. Contrairement aux ordinateurs classiques qui utilisent des bits comme unité fondamentale d'information (représentant 0 ou 1), les ordinateurs quantiques utilisent des qubits. Un qubit peut être dans un état de 0, 1, ou dans n'importe quelle superposition de ces deux états. Cette capacité à être dans plusieurs états simultanément, ainsi que l'intrication quantique, confère aux ordinateurs quantiques un potentiel de puissance de calcul considérablement supérieur à celui des ordinateurs classiques pour certaines tâches spécifiques.

Les ordinateurs quantiques sont particulièrement prometteurs pour résoudre des problèmes complexes et calculatoirement intensifs, tels que la factorisation de grands nombres, la recherche dans des bases de données non structurées, et la simulation de systèmes quantiques, qui seraient extrêmement difficiles, voire impossibles, pour les ordinateurs classiques.

L'un des concepts clés derrière l'ordinateur quantique est la superposition, qui permet à un qubit de réaliser de multiples calculs simultanément. L'intrication quantique, un autre phénomène clé, permet aux qubits de s'influencer mutuellement instantanément, peu importe la distance qui les sépare. Ces caractéristiques rendent les ordinateurs quantiques incroyablement efficaces pour certains types de calculs.

Cependant, la construction et la maintenance d'ordinateurs quantiques stables et fiables représentent un défi majeur. Les qubits sont extrêmement sensibles aux perturbations environnementales, un problème connu sous le nom de "décohérence quantique". De plus, la lecture précise des états quantiques (mesure) sans perturber le système est également un défi.

Malgré ces défis, les progrès dans le domaine des ordinateurs quantiques sont rapides, et ils ont le potentiel de transformer des domaines tels que la cryptographie, l'optimisation, la chimie quantique et la recherche matériaux, ouvrant ainsi la voie à des avancées technologiques et scientifiques majeures.