L’oxyde cuivreux – le cristal extrait de Namibie utilisé pour fabriquer des polaritons de Rydberg. Crédit : Université de St Andrews
Une forme spéciale de lumière fabriquée à l’aide d’une ancienne pierre précieuse de Namibie pourrait être la clé de nouveaux ordinateurs quantiques basés sur la lumière, qui pourraient résoudre des mystères scientifiques de longue date, selon une nouvelle recherche menée par l’Université de St Andrews.
La recherche, menée en collaboration avec des scientifiques de l’Université de Harvard aux États-Unis, de l’Université Macquarie en Australie, et de l’Université de St. Université d’Aarhus au Danemark et publiée dans Nature Materials, a utilisé un oxyde cuivreux (Cu2O) provenant de Namibie pour produire des polaritons de Rydberg., les plus grandes particules hybrides de lumière et de matière jamais créées.
Les polaritons de Rydberg passent continuellement de la lumière à la matière et inversement. Dans les polaritons de Rydberg, la lumière et la matière sont comme les deux côtés d’une pièce de monnaie, et c’est le côté matière qui fait interagir les polaritons entre eux.
Cette interaction est cruciale car c’est ce qui permet la création de simulateurs quantiquesun type particulier d’ordinateur quantique, où les informations sont stockées dans des bits quantiques. Ces bits quantiques, contrairement aux bits binaires des ordinateurs classiques qui ne peuvent être que 0 ou 1, peuvent prendre n’importe quelle valeur entre 0 et 1. Ils peuvent donc stocker beaucoup plus d’informations et effectuer plusieurs processus simultanément.
Cette capacité pourrait permettre aux simulateurs quantiques de résoudre d’importants mystères de la physique, de la chimie et de la biologie, par exemple, comment fabriquer des supraconducteurs à haute température pour les trains à grande vitesse, comment fabriquer des engrais moins chers qui pourraient résoudre le problème de la faim dans le monde, ou comment les protéines se replient pour faciliter la production de médicaments plus efficaces.
Le Dr Hamid Ohadi, de l’école de physique et d’astronomie de l’université de St Andrews, a déclaré qu’il dirigeait le projet : “Réaliser un simulateur quantique avec de la lumière est le Saint Graal de la science. Nous avons fait un énorme pas en avant dans cette direction en créant des polaritons de Rydberg, qui en sont l’ingrédient clé.”
Pour créer les polaritons de Rydberg, les chercheurs ont piégé la lumière entre deux miroirs hautement réfléchissants. Un cristal d’oxyde cuivreux provenant d’une pierre extraite en Namibie a ensuite été aminci et poli pour obtenir une plaque de 30 micromètres d’épaisseur (plus fine qu’une mèche de cheveux humains) et pris en sandwich entre les deux miroirs pour créer des polaritons de Rydberg 100 fois plus grands que ceux jamais démontrés auparavant.
L’un des principaux auteurs, le Dr Sai Kiran Rajendran, de l’école de physique et d’astronomie de l’université de St Andrews, a déclaré : “L’achat de la pierre sur eBay a été facile. Le défi était de fabriquer des polaritons de Rydberg qui existent dans une gamme de couleurs extrêmement étroite.”
L’équipe affine actuellement ces méthodes afin d’explorer la possibilité de fabriquer des circuits quantiques, qui sont le prochain ingrédient des simulateurs quantiques.
Référence : “Rydberg exciton-polaritons dans un circuit Cu2O microcavity” par Konstantinos Orfanakis, Sai Kiran Rajendran, Valentin Walther, Thomas Volz, Thomas Pohl et Hamid Ohadi, 14 avril 2022, Nature Materials.
DOI: 10.1038/s41563-022-01230-4
Cette recherche a été financée par le Conseil britannique de recherche en ingénierie et en sciences physiques (EPSRC).
