fr.wedoany.com Rapport : Le groupe de recherche de Qimiao Si à l’Université Rice a publié un article dans Nature Communications, proposant une nouvelle méthode pour renforcer et exploiter l’intrication quantique dans les systèmes macroscopiques en couplant la lumière quantique aux matériaux quantiques.
L’intrication quantique, un phénomène généralement observé uniquement dans les systèmes quantiques composés de quelques particules, permet aux chercheurs de stocker et de traiter des informations quantiques. La question de savoir si l’intrication quantique peut exister et être exploitée dans des systèmes macroscopiques contenant un grand nombre de particules constitue un défi majeur en physique actuelle. Qimiao Si est professeur titulaire de la chaire Harry C. et Olga K. Wiess de physique et d’astronomie, et directeur de l’Alliance des matériaux quantiques extrêmes.
L’idée centrale de cette théorie consiste à placer un matériau quantique dans une cavité à petits miroirs et à l’approcher d’un point critique quantique. En introduisant alors des photons, le seuil d’interaction nécessaire à l’hybridation et à l’intrication entre la lumière et la matière est considérablement réduit. Créer un tel hybride cavité-photon-matière a longtemps été un défi, car cela nécessite une interaction lumière-matière extrêmement forte, difficile à réaliser sur le plan technique. Cette nouvelle théorie propose qu’en approchant le matériau de son point critique quantique, le seuil d’entrée dans un état d’intrication hybride puisse être abaissé.
Yiming Wang, étudiant diplômé de l’Université Rice et co-premier auteur de l’étude, explique qu’un point critique quantique est le point où un matériau « choisit » entre deux phases quantiques différentes. Le matériau se trouve dans une phase et ne peut passer à la seconde qu’en atteignant le point critique quantique. Dans cette théorie, les chercheurs peuvent renforcer l’intrication entre la lumière et la matière par des méthodes non thermiques, comme l’application d’une pression ou la modification de la composition chimique. Plus le matériau est proche du point critique quantique, plus le seuil de forte intrication quantique est bas. En introduisant alors la lumière dans la cavité à miroirs, il devient beaucoup plus facile d’intriquer les deux.
Shouvik Sur, ancien postdoctorant à l’Université Rice et co-premier auteur de l’article, souligne qu’une fois que la lumière et la matière sont intriquées, leurs propriétés individuelles se reflètent mutuellement. Lorsque le matériau, intriqué avec la lumière, atteint le point critique quantique et passe à la seconde phase, la lumière se transforme également.
L’année dernière, l’équipe de Qimiao Si a découvert que, dans les matériaux critiques quantiques appelés métaux étranges, l’intrication quantique existe et est même renforcée. Cette intrication quantique pourrait constituer une ressource importante pour les technologies quantiques, si les scientifiques parviennent à trouver un moyen de l’extraire. Cette nouvelle théorie permet d’extraire l’intrication quantique via la lumière quantique : après que les photons et la matière se sont intriqués, la lumière peut être extraite de la cavité. Un tel système pourrait soutenir le développement de technologies de nouvelle génération, comme la détection quantique.
Qimiao Si indique qu’en fin de compte, cela révèle une voie pour utiliser la lumière quantique afin d’accéder à l’intrication quantique de la matière, ce qui pourrait jeter les bases de l’extraction de ressources d’intrication quantique et de la réalisation de nouvelles fonctionnalités pour les matériaux quantiques.
Cette recherche a été financée par le programme des sciences fondamentales de l’énergie du Bureau des sciences du Département de l’Énergie des États-Unis (DE-SC0026179), le Bureau de la recherche scientifique de l’Armée de l’Air (FA9550-21-1-0356), la Fondation Robert A. Welch (C-1411) et la bourse de faculté Vannevar Bush (Vannevar Bush Faculty Fellowship, ONR-VB N00014-23-1-2870).
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