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ARCHIVÉ - Annonces - D'une rapidité éclatante : Franchir la barrière de vitesse de la mémoire quantique

Un chercheur du CNRC et une équipe de l'Université d'Oxford franchissent à toute vitesse la barrière des GHz Ottawa

Le 7 mars 2010 — Ottawa, Ontario

Aujourd’hui, dans la section Advance Online Publication de la revue Nature Photonics, on signale que la barrière de vitesse quantique a été franchie par une équipe internationale de chercheurs de l’Université d’Oxford, de l’Université du Delaware et du Conseil national de recherches du Canada (CNRC).

Les experts s’entendent pour dire que le traitement d’information quantique introduira la prochaine vague des technologies de l’informatique et des communications pour le XXIe siècle. Un des éléments essentiels de ces nouvelles technologies sera la mémoire quantique, pouvant stocker de manière précise et dégager des bits d’information quantiques.

La mémoire quantique est semblable à la mémoire informatique traditionnelle qui peut inscrire, stocker et lire de l’information, mais elle doit pouvoir stocker des états quantiques intégraux, pas seulement des zéros et des uns. La haute fidélité, l’efficacité, la durée de stockage et spécialement, la vitesse, sont les critères de rendement clés de la mémoire quantique. Jusqu’à présent, la mémoire quantique a été limitée à une largeur de bande qui limitait le débit de données à l’ordre des MHz.

M. Benjamin Sussman, un chercheur de l’Institut Steacie des sciences moléculaires du CNRC, a participé à un projet de collaboration de deux ans avec l’Université d’Oxford visant à étudier l’intersection du contrôle quantique et de l’information quantique. Le concert de ces deux domaines d’expertise a mené à la percée.

L’importante augmentation de vitesse découle de la capacité de leur nouvelle technique à utiliser un champ de contrôle laser haute vitesse pour permettre aux atomes d’absorber de la lumière qu’ils ne pourraient pas absorber ordinairement. Cette modification clé a mené à une amélioration massive de la vitesse de stockage et de dégagement, avec des largeurs de bande dépassant 1 GHz! L’article publié par l’équipe intitulé « Towards high-speed optical quantum memories », montre que la largeur de bande de mémoire produite par les champs de contrôle laser permettent le transfert de données à une vitesse 100 fois supérieure à toute autre mémoire quantique optique existante.

L’équipe a créé la mémoire avec de la vapeur de césium comme milieu de stockage, la même substance employée dans les horloges atomiques les plus précises du monde entier. Les mémoires quantiques sont d’une importance essentielle pour le développement de nombreux dispositifs de traitement d’information quantique, incluant la synchronisation des ordinateurs quantiques, l’allongement des distances de communication quantique sûre, les nouvelles horloges et spectroscopies de mesure précises, et les sources lumineuses à photon simple.

La mémoire quantique

Une cellule de verre est remplie de vapeur de césium chaude. Deux rayons laser – une pour écrire et lire, et l’autre porteuse du signal quantique devant être stocké. L’impulsion d’« écriture » capte les photons du signal dans une excitation étalée sur tous les atomes de césium, l’arrêtant dans ses traces. Pour dégager le bit quantique, un autre laser de « lecture » restitue l’excitation de césium dans les photons, qui repartent ensuite à la vitesse de la lumière.

La haute vitesse est une des caractéristiques qui distingue la nouvelle technique de ses prédécesseurs et la méthode mise au point est suffisamment générale pour utiliser dans différents systèmes, incluant les gaz et les solides. « On fait de grands efforts partout dans le monde pour développer des mémoires quantiques », signale M. Sussman, « et l’équipe a réussi à franchir la limite de vitesse des mémoires quantiques – sa vitesse est étincelante. »

Le Canada a gagné un avantage concurrentiel dans ce domaine scientifique de pointe grâce au succès de ce projet de collaboration internationale. La prochaine étape est d’optimiser les paramètres de la mémoire en augmentant davantage la largeur de bande et en améliorant sa robustesse. Ces objectifs feront passer la mémoire de l’étape de la recherche à celle du dispositif, un but qui convient bien aux équipes pluridisciplinaires du CNRC.

La grappe de la photonique d’Ottawa, qui comprend le Centre de fabrication de dispositifs photoniques, est fondée sur les forces du secteur canadien des technologies de l’information et des communications (TIC). Le CNRC est prêt à mettre au point prochainement des mémoires haute vitesse qui seront à la base de processeurs d’information quantique rapides, contrôlables et robustes. Par conséquent, le Canada jouera un rôle important dans le développement et la fabrication de la prochaine génération de technologies d’informatique et de communication.