Un bibliothécaire dans une réserve de livres rares prend un volume sur l'étagère et le remet en place sans réveiller le chat assoupi à côté. C'est à peu près ainsi que fonctionne la nouvelle mémoire quantique : elle capture un photon, le cache dans une vibration mécanique d'un minuscule pont de silicium, et le restitue à la demande.
Les réseaux quantiques promettent des communications sécurisées et du calcul distribué, mais il leur manque un nœud capable de stocker des photons à la longueur d'onde de la fibre optique. Les nuages atomiques y parviennent, mais ils occupent toute une table optique. Les analogues à l'état solide soit ne tombent pas dans la bonne gamme, soit ne savent pas restituer l'information sur demande. Ici, le pari est fait sur les vibrations mécaniques d'un nanopont.
À l'intérieur d'un cryostat à 20 mK, un cristal optomécanique en silicium est couplé à un laser à 1538 nm. Le laser, réglé sur la résonance latérale rouge, ouvre une fenêtre de transparence : les photons du signal y pénètrent et se transforment en phonons, c'est-à-dire en quanta de vibrations mécaniques. Pour ne pas chauffer le pont, l'impulsion d'écriture est rendue longue et faible, tandis que l'impulsion de lecture est courte. Quatre étalons Fabry-Pérot en cascade éliminent la lumière de commande, ne laissant passer que des photons uniques vers le détecteur.
La mémoire a conservé une impulsion photonique pendant 150 nanosecondes et l'a restituée sur commande avec une efficacité interne de 4,2 %. Le nombre moyen de phonons dans le résonateur pendant le stockage était de 0,32, soit moins d'un quantum. Lorsque la puissance de l'impulsion de lecture a été réduite à un niveau où l'excitation thermique tombe à 0,17, l'efficacité a chuté à 5×10⁻⁵. La faible efficacité ne limite que le taux d'événements, mais pas la pureté de l'état quantique, car les coïncidences éliminent le bruit.
Le bibliothécaire de la première scène n'est pas seulement méticuleux, il sait travailler dans l'obscurité sans allumer la lumière. De même, la puce stocke l'information quantique avec un bruit thermique minimal et la restitue à la demande. Cela relie deux branches, l'optique quantique et la nanomécanique, et ouvre la voie à des répéteurs quantiques et à des interfaces entre sources de photons uniques et fibre optique.
La fréquence des vibrations mécaniques du résonateur, 5314 MHz, est cent mille fois plus élevée que celle d'un diapason. À 20 mK, un tel oscillateur ne contient en moyenne aucun phonon thermique.
Dans la série « The Expanse », l'intrication quantique est utilisée pour une communication instantanée à travers le système solaire. De tels réseaux nécessitent une mémoire qui stocke un photon en attendant la confirmation de livraison de l'autre moitié de la paire.