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Des physiciens chinois créent la première mémoire quantique à photon unique, menant à l’Internet quantique

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Un laboratoire en Chine rapporte qu’il a construit le premier dispositif de mémoire qui utilise des photons uniques pour stocker des données quantiques. Il s’agit d’une percée importante qui nous emmène plus loin sur la voie d’un Internet quantique, et potentiellement de l’informatique quantique également.

Dans l’état actuel des choses, nous utilisons déjà largement les photons – la majeure partie de la dorsale Internet et des télécommunications est constituée de photons voyageant sur des câbles à fibres optiques. Plutôt que des photons uniques, cependant, ces signaux consistent en des ondes lumineuses porteuses de millions de photons, l’onde étant modulée par des données binaires. Ces impulsions ne sont jamais stockées non plus ; lorsqu’ils atteignent un routeur, ils sont convertis en signaux électriques, puis stockés dans la RAM avant d’être reconvertis en lumière.

Un diagramme montrant la génération d'un photon unique (a) et le stockage d'un photon unique avec OAM (b)

Un diagramme montrant la génération d’un photon unique (a) et le stockage d’un photon unique avec OAM (b)

Maintenant, cependant, Dong-Sheng Ding et ses collègues chercheurs de l’Université des sciences et technologies de Chine ont annoncé qu’ils ont généré un photon unique, l’ont stocké dans un « nuage atomique d’atomes de rubidium en forme de cigare » pendant 400 nanosecondes, puis ont libéré le photon. Le photon unique est créé à l’aide d’un processus appelé mélange spontané à quatre ondes, et le nuage de rubidium stocke le photon en raison de la transparence induite électromagnétiquement (EIT). L’EIT provoque un phénomène appelé « lumière lente », qui est utilisé ici pour « stocker » le photon pendant 400ns (plus qu’assez longtemps pour compter comme mémoire d’ordinateur).

Le signal de photon récupéré, en fonction du temps de stockageLe photon, étant stocké

Le signal de photon récupéré, en fonction du temps de stockageLe photon, étant stocké

La génération et le stockage seraient une grande réussite en soi, mais il y a plus : le piège à rubidium préserve également le moment angulaire orbital (OAM) du photon. Comme nous l’avons vu précédemment, les ondes électromagnétiques (y compris les photons) peuvent avoir à la fois un spin et un moment cinétique orbital. Le moment angulaire de rotation (SAM), qui équivaut à la rotation de la Terre sur son propre axe, produit une polarisation – et puis il y a l’OAM, qui équivaut à la rotation de la Terre autour du Soleil. Généralement, dans les communications sans fil et filaires, les signaux n’utilisent que SAM et sont donc plats – mais en introduisant OAM, un signal devient une hélice 3D. Vous pouvez encoder beaucoup plus de données dans une onde porteuse — peut-être une quantité infinie — si vous jouez à la fois avec le SAM et l’OAM. En préservant l’OAM du photon unique, les chercheurs chinois pourraient être sur quelque chose de très grand en effet.

À l’avenir, une mémoire quantique photonique est absolument vitale si nous voulons un jour construire un Internet quantique à partir de routeurs quantiques. Même si nous nous retirons du noble, applications quantiquessi nous pouvions introduire OAM à les réseaux mondiaux de fibre optiqueInternet deviendrait soudainement beaucoup plus rapide.

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Document de recherche: arXiv:1305.2675 – « Mémoire d’image quantique à photon unique basée sur des ensembles atomiques froids »

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