Une pierre précieuse namibienne rare rend les ordinateurs quantiques basés sur la lumière possibles

La voie vers des ordinateurs quantiques plus rapides et plus puissants pourrait être pavée d’une pierre précieuse appelée cuprite. Ses propriétés uniques le rendent depuis longtemps utile pour la recherche quantique, mais une nouvelle expérience pourrait fournir un tremplin vers la transformation de l’informatique.

La cuprite est une pierre précieuse formée de Cu2O. On le trouve dans de nombreux endroits, mais les seuls gros cristaux de cuprite proviennent d’une seule mine namibienne, que l’on pense épuisée. Bien qu’il ait une jolie teinte rouge, ce qui lui vaut d’être connu sous le nom de cuivre rubis, il n’est pas très utilisé dans les bijoux car il est trop mou et les pierres sont généralement minuscules. Presque toutes les cuprites suffisamment grosses pour intéresser les bijoutiers proviennent d’une mine à Onganja, en Namibie.

La cuprite est importante pour les physiciens car elle produit des excitons de Rydberg particulièrement grands – et donc plus faciles à étudier – (des quasiparticules constituées de combinaisons liées d’électrons et de trous d’électrons). Une équipe dirigée par le Dr Hamid Ohadi de l’Université de St Andrews annonce avoir couplé la lumière aux excitons de cuprite Rydberg, créant ainsi les plus grandes particules hybrides matière-lumière jamais créées. Les résultats sont publiés dans la revue Nature Materials.

Einstein a prouvé que l’énergie (y compris la lumière) et la matière sont équivalentes, plus ou moins divisées par la vitesse de la lumière au carré. Les polaritons de Rydberg forment un pont entre les deux, alternant entre la lumière et la matière. Dans leur état de matière, ils peuvent interagir les uns avec les autres, ouvrant la porte à un type d’ordinateur quantique connu sous le nom de simulateur quantique.

Comme tous les ordinateurs quantiques, les simulateurs quantiques cassent le binaire où les informations doivent être stockées sous forme de zéros ou de uns, ce qui leur permet d’être stockées comme n’importe quoi entre les deux. Cela permet aux processus que les ordinateurs existants exécutent en séquence d’être exécutés simultanément.

Bien que les simulateurs quantiques ne puissent pas exécuter un éventail de fonctions aussi large que les autres ordinateurs quantiques sont théoriquement capables de le faire, ils sont bien adaptés pour résoudre certains problèmes scientifiques importants. On espère qu’ils pourront nous permettre de comprendre le comportement des atomes à des températures très froides et la structure de repliement, par exemple, d’une manière qui pourrait conduire à des percées dans la conception supraconductrice et pharmaceutique.

La construction d’ordinateurs quantiques est l’un des grands projets scientifiques du 21e siècle, avec de nombreuses conceptions différentes à l’étude, toutes avec des avantages et des inconvénients par rapport aux autres.

“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 des polaritons de Rydberg, l’ingrédient clé de celui-ci”, a déclaré Ohadi dans un communiqué.

Les polaritons ont été créés en polissant un cristal de cuprite d’Onganja jusqu’à ce qu’il soit plus fin que les cheveux humains – seulement 0,03 millimètre (0,0012 pouce) d’épaisseur – et en le plaçant entre deux miroirs ultra-réfléchissants. La lumière a ensuite été piégée entre les deux miroirs, traversant le cristal pour créer des polaritons de Ryberg de 0,5 μm de large, 100 fois plus gros que tous ceux produits précédemment.

L’étape suivante consiste à contrôler les polaritons pour former des circuits quantiques.

La mine d’Onganja a fermé et inondé il y a de nombreuses années, la synthèse de grosses pierres de cuprite pourrait donc devenir une priorité, si aucune autre source naturelle ne peut être trouvée. Heureusement, cette équipe a réussi à en trouver un sur eBay.

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