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Qu’arrive-t-il lorsque deux flux de protons ou plus convergent pour former un nouveau type de faisceau ? Il se crée un effet non dissemblable lorsqu’il s’agit de traverser des faisceaux de lumière dans certaines conditions, ce qui pourrait mener à une révolution en informatique quantique.

Ordinairement, lorsque des flux de lumière se traversent (comme deux lampes de poche dont les faisceaux de lumière convergent) il ne se passe rien d’extraordinaire. C’est parce que les particules de lumière individuelles, n’interagissent pas les uns avec les autres. Cependant, les physiciens du Massachusetts Institute of Technology (MIT) et de l’Université de Harvard ont trouvé un moyen de changer cela, en forçant des groupes de trois photons à se lier ensemble de manière à former un tout nouveau type de matière photonique.

« Dans le vide ou dans des matériaux ordinaires, les photons n’interagissent pas les uns avec les autres, et passent le plus souvent à travers les uns aux autres », nous explique Vladan Vuletic professeur de physique au MIT. « En utilisant un gaz atomique refroidi par laser, nous avons créé un milieu où un photon interagit très fortement avec un autre – si fortement qu’ils peuvent se lier ensemble et voyager ensemble à une vitesse 100 000 fois plus petite que la vitesse normale de la lumière. Nous avons trouvé que non seulement deux photons peuvent se lier ensemble, mais également trois. Ceci est analogue à deux molécules d’oxygène formant de l’oxygène diatomique moléculaire (O2), mais aussi de l’ozone (O3). Cela peut être comparé à de minuscules gouttelettes de lumière. »

Inventer un tout nouveau type de lumière est très intéressant car il peut avoir une application pratique; potentiellement en informatique quantique.

« La lumière est très bonne pour transporter de l’information sur de longues distances à travers des fibres optiques, mais sans interactions, la lumière ne peut que transporter de l’information, et ne rien faire de plus intéressant. », poursuit Vuletic. « Donc, une condition préalable à l’informatique quantique utilisant la lumière est d’induire des interactions entre les photons; c’est ce que nous avons fait. »

Un but à court terme plus facilement réalisable que l’informatique quantique est de fabriquer des transistors optiques. Ces transistors pourraient être potentiellement plus rapides qu’un transistor ordinaire et pourraient exiger moins de puissance. Cependant, Vuletic note que c’est encore trop tôt et que même cette façon d’utiliser la lumière est technologiquement difficile.

« Jusqu’à présent, nous n’avons fait que des interactions attractives entre les photons, mais à bien des égards, les interactions répulsives, où les photons rebondissent comme de petites balles dures, sont plus intéressantes », a-t-il expliqué. « Nous avons fait les premiers pas dans cette direction. Maintenant, nous allons essayer de faire un transistor optique à photon unique où un photon allume ou éteint un faisceau lumineux. »

La chose importante ici est que ce processus permet aux photons d’interagir les uns avec les autres, alors qu’ils ne le feraient pas autrement. Ils sont essentiellement enchevêtrés (ou intriqués), une propriété qui fait partie intégrante de la manipulation des qubits dans les dispositifs quantiques. Les triplets de photons créés par Vuletic constituent une amélioration par rapport aux autres qubits photoniques, car ils sont beaucoup plus liés entre eux et sont, par conséquent, de meilleurs supports d’information.

Rappelons en terminant qu’en informatique quantique, un qubit est une unité d’information quantique – l’analogue quantique du bit binaire classique. Un qubit est un système quantique à deux états, tel que la polarisation d’un seul photon: ici les deux états sont la polarisation verticale et la polarisation horizontale. Dans un système classique, un bit devrait être dans un état ou l’autre. Cependant, la mécanique quantique permet au qubit d’être dans une superposition des deux états en même temps, une propriété fondamentale pour l’informatique quantique.

Un article décrivant cette découverte a récemment été publié dans la revue Science.