Capturer un seul photon lumineux: Utilisation du « problème de bruit » du quantum.


Capturez un seul photon de lumière

Cette illustration montre un composant nouvellement développé connu sous le nom de jonction Josephson qui peut détecter un photon de . Les recherches menées par Raytheon Intelligence & Space ont des applications potentielles dans les capteurs, les communications et l’informatique quantique. Crédit photo: Raytheon BBN Technologies

Les scientifiques de Raytheon BBN Technologies ont développé une nouvelle méthode pour détecter un photon ou une particule de lumière unique – un développement avec de grandes applications pour les capteurs, la communication et les processeurs informatiques quantiques exponentiellement plus puissants.

L’équipe a publié son travail dans le journal, qui s’est concentré sur l’ d’un composant appelé Josephson Junction la science. La découverte s’appuie sur des recherches antérieures de la même équipe sur un détecteur de rayonnement micro-ondes qui est 100 000 fois plus sensible que les systèmes existants.

«Une jonction Josephson dans les ordinateurs quantiques est analogue à un transistor dans l’électronique moderne, ils sont donc très importants», a déclaré Kin Chung Fong, scientifique en traitement de l’information quantique à Raytheon BBN Technologies et chercheur à l’Université Harvard. « Notre nouvel appareil permet à cette unité de base de l’ordinateur quantique de communiquer avec un seul photon. Il améliorera la vitesse de communication et permettra la mise en réseau et l’acquisition quantiques. »

Des chercheurs et des laboratoires du monde entier ont commencé à construire des ordinateurs quantiques plus grands pour tenir la promesse d’un traitement plus rapide.

«En théorie, les ordinateurs quantiques peuvent prendre le relais lorsque les ordinateurs conventionnels sont à court de puissance de traitement», a déclaré Brad Tousley, président de Raytheon BBN Technologies. « Les ordinateurs quantiques sont particulièrement efficaces pour résoudre les problèmes d’optimisation critiques. Un exemple serait la conception assistée par ordinateur d’un grand système comme un avion. Les ordinateurs quantiques permettent une analyse plus précise de la forme d’une aile que jamais auparavant. Traitement de base au jour le jour L’optimisation est le premier problème que nous voulons résoudre avec les ordinateurs quantiques. « 

La limitation technique était le bruit de fond, qui fait perdre de la mémoire aux qubits et provoque des erreurs de traitement. Alors que d’autres chercheurs voient le bruit comme un problème, Fong et son équipe voient des opportunités.

Leur méthode fonctionne un peu comme une autoroute, sur laquelle des charges supraconductrices jouent le rôle de voitures. En principe, ils peuvent se déplacer très rapidement sans se cogner. Le bruit de fond est comme une voiture cassée dans la voie du milieu – il interrompt la circulation.

« L’interruption pourrait détruire les données dans les applications d’informatique quantique », a déclaré Fong. « Cependant, nous pouvons utiliser le même phénomène pour détecter un seul photon afin que le trafic puisse encore s’accélérer. »

La découverte fait partie de la recherche chez Raytheon BBN Technologies, une filiale de Raytheon Intelligence & Space. Raytheon BBN fournit des services de recherche et de développement de technologies de pointe depuis plus de 70 ans et sert souvent de lien essentiel entre les chercheurs militaires et universitaires. À titre d’exemple, il a été l’un des premiers nœuds d’ARPANET, le précurseur de l’Internet, financé par la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA). Les scientifiques de Raytheon BBN travaillent dans un large éventail de portefeuilles, tandis que l’ingénierie quantique et l’informatique continuent à être prometteuses pour les capacités de la prochaine génération.

« Cette découverte ouvrira des processeurs quantiques qui peuvent être connectés comme jamais auparavant », a déclaré Tousley. « L’étape suivante consiste à caractériser les performances et à les adapter à plusieurs appareils en parallèle ou à connecter plusieurs appareils. »

L’équipe Raytheon BBN estime avoir l’expertise en ingénierie des systèmes pour utiliser cette recherche fondamentale pour des applications plus pratiques.

«Nous avons comblé un vide technologique avec la première jonction Josephson qui a découvert un seul photon», a déclaré Fong. « C’est une technologie qui permet de réseauter, de communiquer et de faire des calculs. Nous ne faisons que gratter la surface. »


Formes complexes de photons pour promouvoir les futures technologies quantiques


Plus d’information:
Evan D. Walsh et coll. Détecteur infrarouge à photon unique avec jonction Josephson, la science (2021). DOI: 10.1126 / science.abf5539

Fourni par Raytheon BBN Technologies

Citation: Capturing a single photon of light: Using the noise problem (2021, 7 mai), consulté le 8 mai 2021 sur https://phys.org/news/2021-05-capturing-photon-harnessing-quantum-noise .html

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