Collaboration des particules élémentaires
Comment deux particules peuvent-elles réaliser ce qu'une seule ne peut pas faire ?
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Certaines choses sont plus faciles à réaliser lorsqu'on n'est pas seul. Comme l'ont montré des chercheurs de l'université de Rostock, en Allemagne, cette idée très humaine s'applique également aux éléments les plus fondamentaux de la nature. La mécanique quantique postule que tout est fait de particules élémentaires, qui ne peuvent être divisées en unités encore plus petites. C'est ce qui a amené la doctorante Vera Neef, premier auteur de la récente publication "Pairing particles into holonomies", à s'interroger : "Qu'est-ce que deux particules ne peuvent accomplir que si elles travaillent en équipe ? Peuvent-elles réaliser ensemble quelque chose qui est impossible pour une particule seule ?"
Marco Kirsch
Dans leur étude expérimentale, les chercheurs se sont particulièrement intéressés aux photons, les particules fondamentales de la lumière. "Les photons ont une propriété étrange. Deux photons peuvent se trouver exactement au même endroit et au même moment. C'est quelque chose que l'on ne retrouve pas dans beaucoup d'autres particules", explique le Dr Tom Wolterink. Le Dr Matthias Heinrich poursuit : "Nous utilisons un laser à haute puissance pour créer ce que l'on appelle des guides d'ondes dans une puce de verre". Ces guides d'ondes peuvent être considérés comme une autoroute pour la lumière. Tout comme une voiture peut facilement changer de voie sur l'autoroute, un photon peut passer d'un guide d'ondes à l'autre. Ici, c'est la forme générale de l'autoroute de la lumière qui détermine la direction du photon.
Imaginons une autoroute à plusieurs voies, où chaque voie mène à une destination différente, et une voiture qui transporte un message très important. Le professeur Alexander Szameit, directeur du département d'optique expérimentale à l'état solide, explique l'importance de leurs travaux : "Pour construire un jour un ordinateur quantique, nous devons être en mesure de contrôler très précisément la destination des photons. En d'autres termes, l'endroit où la voiture quitte l'autoroute est d'une grande importance. Or, même de petites erreurs peuvent facilement conduire la voiture sur la mauvaise voie. Le professeur Alexander Szameit poursuit : "Les photons sont très fragiles. Même la meilleure ingénierie ne peut garantir qu'un photon ne se retrouve jamais dans le mauvais guide d'ondes".
"Notre solution consiste à encoder les données non pas dans un photon unique, mais dans une paire de photons, ce qui revient à répartir le message sur deux voitures", explique Vera Neef avec enthousiasme. Si, individuellement, les deux voitures ont encore une chance de se tromper de voie, si une seule voiture arrive à une certaine destination, le message est reconnu comme corrompu et peut être rapidement écarté. Cette stratégie fonctionne très bien parce que le risque que les deux voitures se retrouvent accidentellement sur la même mauvaise voie est faible. Vera Neef commente : "Sachant cela, nous avons tout de même été très surpris de la stabilité de notre dispositif. Même une modification de 10 % de ses propriétés n'a pratiquement rien changé à nos résultats de mesure."
Récemment publiée dans la prestigieuse revue Science Advances, cette recherche étend le concept mathématique d'holonomie des particules uniques aux paires et même aux groupes de particules plus importants. En plus de jeter les bases des futurs ordinateurs quantiques, cette recherche pourrait également permettre de mieux comprendre les particules fondamentales qui composent les atomes.
Certaines choses sont vraiment plus faciles à réaliser lorsque l'on travaille ensemble, même s'il s'agit d'une équipe de photons.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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