La manipulation, le stockage et l’extraction contrôlés d’informations quantiques sont essentiels pour la communication et l’informatique quantiques. Les mémoires quantiques pour la lumière, réalisées avec des échantillons atomiques froids comme support de stockage, se distinguent par leur efficacité de stockage et leur durée de vie élevées. Une équipe de physiciens expérimentaux de la Johannes Gutenberg-Universität Mainz et de l’Université Beihang a démontré avec succès le transport contrôlé de la lumière stockée sur 1,2 mm dans un nuage d’atomes ultrafroids.
Dans l’expérience de Li et al.., des atomes de rubidium-87 sont d’abord pré-refroidis, puis transportés dans la zone d’essai principale, une chambre à vide fabriquée sur mesure, où ils sont refroidis à des températures de quelques microkelvins seulement. Crédit image : Li et al, doi : 10.1103/PhysRevLett.125.150501.
“La manipulation et le stockage contrôlés de l’information quantique ainsi que la capacité de la récupérer sont des conditions préalables essentielles pour réaliser des progrès dans la communication quantique et pour effectuer les opérations informatiques correspondantes dans le monde quantique”, a déclaré l’auteur principal, le professeur Patrick Windpassinger, physicien à l’Institut de physique de l’Université Johannes Gutenberg de Mayence.
“Les mémoires quantiques optiques, qui permettent le stockage et la récupération à la demande d’informations quantiques transportées par la lumière, sont essentielles pour les réseaux de communication quantique évolutifs.”
“Par exemple, elles peuvent représenter d’importants éléments constitutifs des répéteurs quantiques ou des outils de calcul quantique linéaire.”
“Ces dernières années, les nuages d’atomes se sont révélés être des supports bien adaptés au stockage et à la récupération d’informations quantiques optiques.”
“En utilisant une technique appelée transparence induite électromagnétiquement, les impulsions lumineuses incidentes peuvent être piégées et cartographiées de manière cohérente pour créer une excitation collective des atomes de stockage.”
“Comme le processus est largement réversible, la lumière peut ensuite être récupérée à nouveau avec une grande efficacité.”
Le professeur Windpassinger et ses collègues ont utilisé des atomes ultrafroids de rubidium-87 comme support de stockage de la lumière.
“Nous avons stocké la lumière en la mettant dans une valise pour ainsi dire, sauf que dans notre cas, la valise était constituée d’un nuage d’atomes froids”, a déclaré le professeur Windpassinger.
“Nous avons déplacé cette valise sur une courte distance, puis nous avons à nouveau sorti la lumière”.
“C’est très intéressant non seulement pour la physique en général, mais aussi pour la communication quantique, car la lumière n’est pas très facile à ‘capturer’, et si vous voulez la transporter ailleurs de manière contrôlée, elle finit généralement par être perdue.”
L’équipe a récemment mis au point une technique qui permet de transporter des nuages d’atomes froids sur un ” tapis roulant optique “, produit par deux faisceaux laser.
“L’avantage de cette méthode est qu’un nombre relativement important d’atomes peut être transporté et positionné avec un haut degré de précision sans perte significative d’atomes et sans que les atomes soient chauffés involontairement”, ont déclaré les auteurs.
“Nous avons maintenant réussi à utiliser cette méthode pour transporter des nuages atomiques qui servent de mémoire lumineuse. Les informations stockées peuvent ensuite être récupérées ailleurs.”
“En affinant ce concept, le développement de nouveaux dispositifs quantiques, tels qu’une mémoire en hippodrome pour la lumière avec des sections de lecture et d’écriture séparées, pourrait être possible à l’avenir.”
Les travaux de l’équipe ont été publiés dans la revue Physical Review Letters.
