Des spins moléculaires qui répondent à la lumière

Publié par Adrien le 14/04/2021 à 09:00
Source: CNRS INC
La lumière peut être utilisée pour faire fonctionner rapidement et efficacement des systèmes quantiques, comme les ordinateurs quantiques. Des chercheurs de l'Institut de Technologie de Karlsruhe (KIT, Allemagne), de l´Université de Strasbourg et du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...) à Chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à...) ParisTech (ParisTech, ou Institut des sciences et technologies de Paris, est un établissement qui...) (Paris, France) ont obtenu des nouvelles molécules à base d'ions de terres rares (Les terres rares sont un groupe de métaux aux propriétés voisines comprenant le...), l'europium (L'europium est un élément chimique, de symbole Eu et de numéro atomique 63.), qui peuvent être utilisées comme unités quantiques fondamentales et dont les spins nucléaires sont manipulables par la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...). Cette avancée importante est publiée dans la revue Nature Communications.


Une molécule contenant de l'europium comme qubit (On nomme qubit (quantum + bit ; prononcé /kyoobit/), parfois écrit qbit, l'état quantique...) de spin (Le spin est une propriété quantique intrinsèque associée à chaque...) nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :) manipulable par la lumière. © C. Grupe, KIT

Les ordinateurs classiques fonctionnent avec ce qu'on appelle des bits. L'état d'un bit est soit 0 ou 1. Les ordinateurs quantiques, par contre, utilisent pour traiter l'information des bits quantiques (qubit) qui peuvent être simultanément dans de nombreux états entre 0 et 1 en raison d'une propriété de la mécanique quantique (La mécanique quantique est la branche de la physique qui a pour but d'étudier et de...) appelée superposition (En mécanique quantique, le principe de superposition stipule qu'un même état quantique peut...) quantique. Cela permet de traiter les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) en parallèle et d'augmenter la puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) de calcul des ordinateurs quantiques de façon exponentielle (La fonction exponentielle est l'une des applications les plus importantes en analyse, ou plus...) par rapport aux ordinateurs classiques.

Afin de développer des ordinateurs quantiques, les états de superposition d'un qubit doivent persister suffisamment longtemps: on parle de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) de cohérence. Ces états de superposition sont perturbés par les fluctuations alentours, ce qui raccourci leur temps de cohérence. Pour préserver l'état de superposition assez longtemps pour le traitement de l'information quantique, il est nécessaire d'isoler les qubits d'un environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...) bruyant. Les niveaux de spin nucléaire dans les molécules peuvent être utilisés pour créer des états de superposition avec de longs temps de cohérence car ils sont bien protégés de l'environnement.

Une équipe internationale de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) de technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) de Karlsruhe (KIT, Allemagne), du Centre européen des sciences quantiques de Strasbourg (CESQ) et du CNRS à Chimie ParisTech (Paris, France) a mis au point (Graphie) une nouvelle molécule à base de terres rares qui contient des spins nucléaires pouvant constituer des qubits manipulables par la lumière.Cette molécule, un dimère d'europium trivalent, a permis la première démonstration (En mathématiques, une démonstration permet d'établir une proposition à partir...) d'une polarisation ( la polarisation des ondes électromagnétiques ; la polarisation dûe aux moments...) de spin nucléaire induite par la lumière dans une molécule contenant de l'europium. Ce résultat, publié dans la revue Nature Communications, constitue un pas prometteur vers le développement d'architectures (Architectures est une série documentaire proposée par Frédéric Campain et Richard Copans,...) informatiques quantiques basées sur des molécules à base de terres rares.

Référence:
Optical spin-state polarization in a binuclear europium complex towards molecule-based coherent (Le systèmes d'exploitation Coherent a été créé en 1983 par la défunte Mark Williams Company...) light-spin interfaces,
Kuppusamy Senthil Kumar, Diana Serrano, Aline M. Nonat, Benoît Heinrich, Lydia Karmazin,Loïc J. Charbonnière, Philippe Goldner et Mario Ruben
Nature Communications 12 avril 2021.
https://doi.org/10.1038/s41467-021-22383-x
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