L’ancienne pierre précieuse namibienne détient la clé des futurs ordinateurs quantiques

Oxyde cuivreux – le cristal extrait de Namibie utilisé pour fabriquer les polaritons de Rydberg. Crédit : Université de St Andrews

Une forme spéciale de lumière fabriquée à partir d’une ancienne pierre précieuse namibienne pourrait être la clé de nouveaux ordinateurs quantiques basés sur la lumière, qui pourraient résoudre des mystères scientifiques de longue date, selon de nouvelles recherches menées par l’Université de St Andrews.

La recherche, menée en collaboration avec des scientifiques de l’Université Harvard aux États-Unis, de l’Université Macquarie en Australie et Université d’Aarhus au Danemark et publié en Matériaux naturels, utilisé un oxyde cuivreux extrait naturellement (Cu2O) pierre précieuse de Namibie pour produire des polaritons de Rydberg, les plus grosses 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 faces d’une pièce de monnaie, et la face matière est ce qui fait interagir les polaritons.

Cette interaction est cruciale car c’est elle qui permet la création de simulateurs quantiques, un type spécial d’ordinateur quantique, où les informations sont stockées en 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 susceptibles de résoudre la faim dans le monde, ou comment les protéines se replient pour faciliter produire des médicaments plus efficaces.

Chef de projet Dr. Hamid Ohadi, de l’École de physique et d’astronomie de l’Université de St Andrews, a déclaré : « Fabriquer un simulateur quantique avec de la lumière est le Saint Graal de la science. Nous avons fait un grand pas vers cela en créant les polaritons Rydberg, l’ingrédient clé de celui-ci. »

Pour créer des 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 en une plaque de 30 micromètres d’épaisseur (plus mince qu’un cheveu humain) et pris en sandwich entre les deux miroirs pour rendre les polaritons de Rydberg 100 fois plus grands que jamais auparavant.

L’un des principaux auteurs Dr. 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 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 : « Exciton de Rydberg – polaritons dans un Cu2O microcavité » par Konstantinos Orfanakis, Sai Kiran Rajendran, Valentin Walther, Thomas Volz, Thomas Pohl et Hamid Ohadi, 14 avril 2022, Matériaux naturels.
DOI : 10.1038 / s41563-022-01230-4

La recherche a été financée par le UK Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC).

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