Les ordinateurs quantiques ont montré leur potentiel pour résoudre des problèmes difficiles pour les machines classiques, mais le problème de la décohérence limite leur développement. Lorsque les qubits interagissent avec leur environnement, l'information peut être facilement perdue, et le bruit électromagnétique peut également détruire les états quantiques. Des chercheurs de l'Université de technologie de Chalmers ont conçu un nouveau système quantique, construit autour de superatomes géants, visant à réduire la décohérence et à améliorer la stabilité.
Cette recherche, dirigée par le chercheur postdoctoral Lei Du, fusionne pour la première fois les concepts d'atome géant et de superatome. Les atomes géants se connectent à des ondes lumineuses ou sonores en plusieurs points, produisant un effet d'« écho quantique » qui aide à préserver l'information quantique. Les superatomes, quant à eux, consistent en plusieurs atomes partageant un état quantique et agissant comme une entité unique. Le superatome géant combine ces deux propriétés, offrant ainsi un nouvel outil pour contrôler l'information quantique.
« Le superatome géant peut être imaginé comme plusieurs atomes géants travaillant ensemble comme une seule entité, présentant des interactions non locales entre la lumière et la matière. Cela permet de stocker et de contrôler l'information quantique provenant de multiples qubits dans une seule unité, sans nécessiter des circuits environnants de plus en plus complexes », explique Lei Du. Anton Frisk Kockum, co-auteur de l'étude, ajoute : « Cette auto-interaction conduit à des effets quantiques hautement bénéfiques, réduisant la décohérence et conférant au système une forme de mémoire des interactions passées. »
Le système de superatomes géants promet d'étendre les capacités d'intrication quantique, ce qui est crucial pour construire des ordinateurs quantiques puissants. Les chercheurs décrivent deux modes de connexion : l'un avec des atomes étroitement espacés pour transférer les états quantiques sans perte d'information, l'autre avec des connexions à longue distance pour distribuer l'intrication. Cela ouvre la voie à des applications en communication quantique et en réseaux quantiques.
Janine Splettstoesser, professeure de physique quantique appliquée à l'Université de technologie de Chalmers, déclare : « Les superatomes géants ouvrent la porte à de toutes nouvelles capacités, nous fournissant une nouvelle boîte à outils puissante. Ils nous permettent de contrôler l'information quantique et de créer de l'intrication de manières inédites, voire auparavant impossibles. » Cette conception peut être intégrée à d'autres technologies quantiques, favorisant le développement de systèmes quantiques évolutifs et pratiques.
Détails de la publication : Auteurs : Lei Du, Xin Wang, Anton Frisk Kockum, Janine Splettstoesser ; Titre : « “Giant superatoms” could finally solve quantum computing's biggest problem » ; Publié dans : Physical Review Letters (2025) ; Informations sur la revue : Physical Review Letters
