L'orchestre quantique de diamant ✎ express

Original: "Quantum information processing with closely-spaced diamond color centers in strain and magnetic fields"
arXiv:1909.11775 · 2019-09-25 · arXiv non-exclusive · analyse indépendante · 2 min
Des chercheurs ont trouvé le moyen de diriger un groupe très dense de cellules quantiques à l'intérieur d'un diamant, comme un chef d'orchestre dirige son orchestre.

À l'intérieur d'un diamant, on trouve parfois de minuscules imperfections : un atome de carbone remplacé par de l'azote, avec une lacune juste à côté. Les physiciens appellent cela un centre NV (défaut azote-lacune). Un tel défaut se comporte comme une aiguille magnétique qui peut stocker de l'information dans sa rotation. Le problème, c'est que si l'on entasse trop d'aiguilles — disons une centaine sur une surface de la taille d'un virus —, la lumière ordinaire ne peut plus les distinguer les unes des autres. Elles se fondent en une tache continue.

Ce nouveau travail propose une solution. On exerce sur chaque aiguille une pression légèrement différente, ce qui crée une contrainte microscopique dans le cristal. Chaque aiguille se met alors à vibrer à sa propre fréquence, comme une corde de guitare pressée à une frette différente. Dès lors, en éclairant avec un laser exactement sur la bonne note, on peut « toucher » une seule aiguille précise et lire son information. On ajoute en plus un champ magnétique qui varie d'un point à l'autre — il permet de contrôler la rotation de chaque aiguille individuellement.

La distance entre centres NV voisins dans ce dispositif est d'environ 10 nanomètres. C'est mille fois plus fin qu'un cheveu humain. À une telle densité, un microscope ordinaire ne voit qu'une lueur floue, mais la méthode de la « corde tendue » donne à chaque centre sa propre adresse optique.

Les auteurs montrent comment, à l'aide d'impulsions radio soigneusement choisies, on peut effectuer des opérations quantiques de base — par exemple, intriquer deux ou trois de ces aiguilles. L'intrication, c'est lorsque l'état de l'une est instantanément lié à celui de l'autre, même si on les éloigne. C'est la ressource principale d'un ordinateur quantique. À l'avenir, de tels ensembles denses dans le diamant pourraient devenir des blocs de calcul où l'information est traitée non pas séquentiellement, mais toute à la fois — grâce à la danse collective de nombreuses aiguilles magnétiques.

Les centres NV dans le diamant émettent une lumière rouge. Si on les irradie avec un laser vert, ils émettent une lueur rouge vif qui permet de lire leur état — comme des lucioles qui répondent à une certaine couleur.

L'idée d'utiliser les défauts des cristaux pour le calcul est exploitée dans le roman de Greg Egan, « Quarantine » : là-bas, les processus quantiques dans le réseau du diamant deviennent la clé pour contrôler la réalité.

Scientifiques
Erwin SchrödingerHugh Everett IIIDavid DeutschJohn Stewart BellLouis de BroglieLov Grover
Notions
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