L’intrication est l’une des caractéristiques les plus fascinantes de la mécanique quantique. Elle permet à deux particules d’être liées de manière telle que l’état de l’une influence instantanément l’état de l’autre, même à des distances infinies. Ce phénomène joue un rôle fondamental dans l’évolution des technologies de l’information quantique. Aujourd’hui, une nouvelle percée pourrait marquer un tournant dans ce domaine.
Une nouvelle forme d’intrication : le moment cinétique total des photons
Les photons, ces particules de lumière, sont naturellement susceptibles d’être intriqués. Ce processus a déjà été observé pour des propriétés telles que leur spin ou leur orbite. Plus récemment, des chercheurs du Technion-Institut de technologie d’Israël ont cependant observé une forme d’intrication encore inédite : l’intrication des moments cinétiques totaux (TAM) des photons. Cela peut sembler un peu technique, mais l’idée de base est assez simple : en plus de leur spin (qui détermine le sens de leur rotation) et de leur orbite (qui détermine la trajectoire de leur mouvement), les photons possèdent un autre type de moment cinétique, appelé le TAM, qui combine ces deux caractéristiques.
Ce phénomène ne se produit que lorsque les photons sont confinés dans des structures nanométriques, c’est-à-dire à une échelle si petite que leur comportement change par rapport à la manière dont nous les observons normalement dans des conditions plus « libres ». Ces chercheurs ont créé des réseaux circulaires ou spiralés à l’échelle nanométrique pour confiner les photons et observer l’intrication de leurs TAM.
Pourquoi cette découverte est importante pour l’informatique quantique
Cette nouvelle forme d’intrication pourrait avoir un impact majeur sur la miniaturisation des ordinateurs quantiques. En effet, l’un des plus grands défis pour les chercheurs travaillant sur l’informatique quantique est de rendre les dispositifs quantiques plus petits et plus efficaces. Actuellement, la manipulation de propriétés comme le spin et l’orbite des photons nécessite des configurations relativement grandes, mais l’intrication des TAM pourrait permettre de créer des puces quantiques beaucoup plus petites et plus puissantes.
Grâce à cette découverte, rapportée dans la revue Nature, il devient possible de réduire la taille des processeurs quantiques tout en préservant leur capacité à effectuer des calculs ultra-rapides. Autrement dit, les puces quantiques basées sur l’intrication des TAM pourraient potentiellement offrir des performances accrues, tout en étant plus faciles à intégrer dans des appareils compacts.
En outre, les chercheurs ont découvert que cette intrication augmentait les interactions entre les photons et leur environnement, ouvrant la voie à une gamme plus large de comportements quantiques exploitables.
Les applications possibles : une révolution pour le calcul quantique
L’informatique quantique, qui tire parti des phénomènes de superposition et d’intrication pour réaliser des calculs bien plus rapides que les ordinateurs classiques, pourrait connaître une avancée majeure grâce à l’intrication des TAM. Les photons, sensibles aux effets quantiques, offrent une nouvelle voie pour créer des qubits plus compacts et stables. En manipulant ces qubits plus efficacement, on pourrait non seulement accroître la puissance des ordinateurs quantiques, mais aussi les rendre plus accessibles et abordables pour des applications industrielles à grande échelle.
Un autre domaine crucial pour l’avenir est la cryptographie, qui permet actuellement des communications ultra-sécurisées grâce à l’intrication des particules. En confiant les informations à des photons confinés dans des structures nanométriques, il devient possible d’améliorer la vitesse et la robustesse de ces systèmes. Cela se traduirait par des échanges d’informations encore plus sûrs et plus rapides, tout en permettant de traiter un volume plus important de données, un atout pour des secteurs comme les transactions financières, la protection des données sensibles ou les communications gouvernementales.
Enfin, l’intrication des TAM pourrait transformer les réseaux quantiques, qui cherchent à interconnecter des ordinateurs quantiques via des canaux ultra-sécurisés. Grâce à cette nouvelle méthode, les photons intriqués permettraient une transmission de données plus rapide et plus efficace entre systèmes distants. En outre, la miniaturisation possible avec cette approche pourrait faciliter l’implantation de réseaux quantiques dans des infrastructures variées, comme des centres de données ou des satellites, rendant l’Internet quantique non seulement plus rapide mais aussi plus accessible à un public plus large.
