Nouveau : stockage d'information quantique avec des rayons X durs à photon unique

ParisUn groupe de chercheurs de différentes institutions, dont l'Université Texas A&M et l'Institut Helmholtz Jena, a découvert une nouvelle méthode pour stocker et libérer des impulsions de rayons X au niveau du photon unique. Cette avancée, publiée dans Science Advances, pourrait aboutir à d'importants progrès dans les réseaux et l'informatique quantiques utilisant des photons X.

Les mémoires quantiques utilisent habituellement des photons optiques et des groupes d'atomes. Cependant, Dr Olga Kocharovskaya et son équipe ont découvert que l'utilisation de noyaux plutôt que d'atomes permet de prolonger la durée de la mémoire. Cette technique s'avère efficace même dans des matériaux solides à température ambiante. La prolongation du temps de mémoire s'explique par le fait que les transitions nucléaires sont moins influencées par les champs externes en raison de la petite taille des noyaux.

Le nouveau protocole de l'équipe comprend :

• Utiliser des absorbeurs nucléaires mobiles pour créer un peigne de fréquences dans le spectre d'absorption.
• Faire correspondre une impulsion courte avec ce spectre pour l'absorption par les cibles nucléaires.
• Réémettre l'impulsion avec un délai dû au décalage Doppler inverse.

Le principe repose sur la variation de fréquence causée par le mouvement, permettant l’alignement des différentes parties de fréquence. Pour cela, ils ont utilisé une configuration comportant un absorbeur fixe et six absorbeurs en mouvement, créant ainsi un schéma de fréquence à sept parties.

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Cette méthode offre des mémoires quantiques robustes et durables. L'utilisation de la cohérence nucléaire permet des temps de stockage prolongés grâce à des isomères nucléaires plus durables. De plus, ce protocole conserve l'intégrité des informations au niveau du photon unique, démontrant ainsi qu'il s'agit d'un système de mémoire quantique fiable dans la gamme des rayons X.

Les perspectives sont considérables. Le développement des technologies quantiques aux courtes longueurs d'onde s'avère prometteur, car il diminue le bruit en moyennant les fluctuations sur de nombreux cycles à haute fréquence. Cela pourrait entraîner des systèmes de traitement de l'information quantique plus précis et fiables.

Les prochaines étapes pour l’équipe consistent à libérer des paquets d’ondes de photons stockés à la demande et à établir des connexions entre différents photons de rayons X durs. Ces connexions, appelées intrication, sont cruciales pour le traitement de l’information en informatique quantique. Ces avancées pourraient avoir une grande influence sur le développement futur des ordinateurs et réseaux quantiques.

Le succès de l'équipe démontrant leur travail ouvre de nouvelles perspectives dans l'optique quantique utilisant les énergies des rayons X. Leur configuration flexible et fiable pourrait jouer un rôle essentiel dans l'avancement des technologies quantiques, en exploitant les caractéristiques uniques des photons de rayons X pour réaliser des progrès significatifs dans le domaine.