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La lumière s’est complètement arrêtée pendant une minute à l’intérieur d’un cristal : la base de la mémoire quantique – High-teK.ca

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Des scientifiques de l’Université de Darmstadt en Allemagne ont arrêté la lumière pendant une minute. Pendant une minute entière, la lumière, qui est généralement la chose la plus rapide de l’univers connu et se déplace à 300 millions de mètres par seconde, a été stoppée net à l’intérieur d’un cristal. Cela crée effectivement mémoire légère, où l’image portée par la lumière est stockée dans des cristaux. En plus d’être tout à fait cool, cette percée pourrait conduire à la création de réseaux quantiques à longue portée – et peut-être, de manière tentante, cette recherche pourrait également nous donner des indices sur l’accélération de la lumière au-delà de la limite de vitesse universelle.

En 1999, les scientifiques ont ralenti la lumière à seulement 17 mètres par seconde, puis deux ans plus tard, le même groupe de recherche a complètement arrêté la lumière, mais seulement pendant quelques fractions de seconde. Plus tôt cette année, le Georgia Institute of Technology a arrêté la lumière pendant 16 secondes – et maintenant, l’Université de Darmstadt a arrêté la lumière pendant une minute entière.

Pour stopper la lumière, les chercheurs allemands utilisent une technique appelée transparence induite électromagnétiquement (EIT). Ils commencent par un cristal opaque refroidi cryogéniquement de silicate d’yttrium dopé au praséodyme. (L’image ci-dessus n’a aucun rapport ; malheureusement, il n’y a pas d’image du cristal réel qui a été utilisé pour arrêter la lumière.) Un laser de contrôle est tiré sur le cristal, déclenchant une réaction complexe au niveau quantique qui le rend transparent. Une deuxième source de lumière (la source de données/image) est ensuite projetée dans le cristal désormais transparent. Le laser de contrôle est ensuite éteint, rendant le cristal opaque. Non seulement cela laisse la lumière piégée à l’intérieur, mais l’opacité signifie que la lumière à l’intérieur ne peut plus rebondir – la lumière, en un mot, a été arrêtée. (Lis: IBM crée la première puce intégrée électronique-photonique économique et commercialement viable.)

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Feu stop à l'intérieur d'un cristal, pendant une minute, schéma

N’ayant nulle part où aller, l’énergie des photons est captée par les atomes à l’intérieur du cristal, et les « données » transportées par les photons sont converties en excitations de spin atomique. Pour faire sortir la lumière du cristal, le laser de contrôle est rallumé et les excitations de spin sont émises au niveau des photons. Ces spins atomiques peuvent maintenir la cohérence (intégrité des données) pendant environ une minute, après quoi l’impulsion lumineuse/l’image pétille. Essentiellement, toute cette configuration permet le stockage et la récupération de données à partir de la mémoire légère (ou devrait-il s’agir d’une mémoire optique ?)

Dans l’image ci-dessus, vous pouvez voir que les scientifiques ont réussi à stocker une image simple (trois lignes horizontales) dans le cristal pendant 60 secondes. Il devrait également être possible de stocker des données pendant de plus longues périodes en utilisant d’autres cristaux – tels que le silicate d’yttrium dopé à l’europium – et en utilisant des champs magnétiques spécialement conçus. (Lis: Le premier enchevêtrement quantique de photons à travers l’espace et le temps.)

Mémoire basée sur la lumière qui préserve cohérence quantique (comme la polarisation et l’intrication) est vital pour la création d’un réseau quantique à longue portée. Tout comme les routeurs électroniques conventionnels, les routeurs quantiques doivent être capables de stocker les paquets entrants, puis de les retransmettre, ce qui est exactement ce que permet la découverte actuelle. Même ainsi, cependant, il reste encore quelques obstacles à surmonter avant de pouvoir déployer un Internet quantique – à savoir, nous devons trouver une méthode de stockage cohérent de la lumière qui introduit si peu de bruit que les photons uniques peuvent toujours être stockés/récupérés de manière fiable, et nous devons aussi le faire à température ambiante. La cryogénie peut être acceptable au niveau du centre de données, mais je ne peux pas imaginer avoir un routeur refroidi par cryogénie dans ma maison.

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Document de recherche: DOI : 10.1103/PhysRevLett.111.033601 – « Lumière arrêtée et stockage d’images par transparence induite électromagnétiquement jusqu’au régime de la minute »

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