Face aux progrès réalisés ces dernières années dans le domaine de la physique quantique, de plus en plus de gens s’intéressent à l’informatique quantique, plus particulièrement à l’internet quantique. Considéré comme plus sûr par rapport au protocole internet que nous utilisons actuellement, ce dernier reposera sur des échanges de qubits.
Contrairement à un bit classique qui fonctionne comme un interrupteur, c’est-à-dire qui doit être allumé (1) ou éteint (0), les qubits se superposent. Ils peuvent donc être 0 et 1 simultanément. Mais à quelle vitesse les atomes peuvent-ils voyager dans le monde quantique ? Pour répondre à cette question, un groupe international de scientifiques dirigé par le Dr Andrea Alberti de l’Université de Bonn ont mené une expérience sans précédent.
Des atomes de césium refroidis
Pour nous faire comprendre facilement la base de leur étude, Alberti a pris pour exemple le cas d’un serveur qui doit servir un plateau rempli de coupes de champagne le soir du Nouvel An, quelques minutes avant minuit. Celui-ci sert chaque invité en se déplaçant rapidement. Grâce à sa technique, perfectionnée au fil du temps, il réussit néanmoins à ne pas renverser une seule goutte du précieux liquide.
Pour que cela soit possible, le serveur incline légèrement le plateau pour empêcher le débordement de la boisson. À mi-chemin de la table, il l’incline dans la direction opposée et ralentit. Ce n’est que lorsqu’il s’arrête complètement qu’il le redresse. Seulement, dans le cadre de leur expérience, les chercheurs ont utilisé des atomes de césium refroidis, mais non du champagne.
Déplacer les atomes dans les plus brefs délais
Le plateau, lui, a été remplacé par un piège optique créé par deux faisceaux laser. Comme l’explique Science Alert, ce piège, connu sous le nom de treillis optique, apparait lorsque deux faisceaux laser se rencontrent. Cela engendre des interférences de faisceaux superposés l’un sur l’autre. La superposition crée une onde de lumière stationnaire qui prend la forme de montagnes et de vallées.
Les atomes ont été placés dans ces vallées, et le treillis bidimensionnel a été mis en mouvement avec comme objectif de déterminer la vitesse maximale à laquelle les charges pouvaient être déplacées. « Notre objectif était d’amener l’atome à l’emplacement cible dans les plus brefs délais sans qu’il ne sorte de la vallée, pour ainsi dire », explique Alberti dans les résultats de la recherche publiés dans la revue Physical Review X.
Une distance de 0,5 micromètre
Les physiciens soviétiques Leonid Mandelstam et Igor Tamm avaient déjà démonté théoriquement il y a plus de 60 ans l’existence d’une limite de vitesse dans l’univers quantique. Le duo a notamment montré que la vitesse maximale d’un processus quantique dépend de l’incertitude de l’énergie, plus précisément du degré de « liberté » de la particule contrôlée par rapport à ses états énergétiques possibles.
Dans le cadre de leur expérience, Andrea Alberti et ses collègues ont ainsi découvert que plus la vallée dans laquelle l’atome de césium est piégé est profonde, plus la diffusion des énergies des états quantiques dans cette vallée est grande.
Finalement, la particule a pu être déplacée rapidement. Si l’on en croit les chercheurs derrière cette étude, la limite de vitesse dans le domaine quantique est de 17 millimètres par seconde, du moins pour déplacer un atome sans que celui-ci ne perde son état d’origine. À noter que pour déboucher sur ce résultat, ils ont déplacé des atomes de césium sur une distance de 0,5 micromètre.