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L'effet EPR selon david Bohm. Une particule se désintègre en donnant deux photons. La mesure du spin de l'un fait automatiquement sauter le spin de l'autre à une distance arbitraire (Crédit : Chris Pearson).
Chris Monroe de l'University of Maryland et ses collègues de l' University of Michigan viennent donc de publier dans Nature l'article « Entanglement of single-atom quantum bits at a distance ». De façon remarquable, l'intrication quantique entre les deux atomes se produit par l'intermédiaire de photons qu'ils ont déjà émis et ce, théoriquement, quelle que soit la distance les séparant. Le principe de la méthode est le suivant.
On prend une paire d'atomes ou d'ions, ici des ions d'ytterbium, et on les piège à un mètre de distance à l'aide d'un champ électriquechamp électrique quadripolaire à haute fréquencefréquence (de l'ordre de quelques MHz), comme c'est le cas dans les pièges à ions de Paul et Penning. On les soumet ensuite à une impulsion laserlaser pour les mettre dans un état excitéétat excité. Lorsqu'ils se désexcitent, des photons sont produits qui sont intriqués avec l'atome.
L'idée est alors de capturer ces photons à l'aide de lentilleslentilles puis de les injecter dans des fibres optiquesfibres optiques pour leur faire parcourir une certaine distance les emmenant sur un séparateur de faisceaux. Si les deux photons ont la même fréquence, ils peuvent alors interférer tout en sortant du séparateur. On a alors réalisé une intrication des photons et donc des atomes eux-mêmes !
Un test EPR
Pour tester la réalité de cette intrication, les deux ions ont à nouveau été soumis à des impulsions lasers afin de produire d'autres photons par fluorescence. Les physiciensphysiciens ont alors reproduit une expérience du type de celles reposant sur les fameuses corrélations du paradoxe EPRparadoxe EPR, introduit par EinsteinEinstein et ses collaborateurs en 1935, et traduit théoriquement en termes d'expériences sur des photons des années plus tard par David Bohm. Comme pour les expériences d'Alain AspectAlain Aspect en 1982, destinées à tester les idées d'Einstein Podolski et Rosen à partir de corrélations entre photons violant les célèbres inégalités de Bell, les bizarres « actions à distance fantômes » impliquées par l'intrication quantique étaient bien là.
Pour le moment, l'expérience n'a pu être faite qu'avec des photons dans le proche UVUV. Malheureusement, les fibres optiques ont tendance à être très absorbantes avec ceux-ci et, sur un milliard de photons capturés par les lentilles précédentes, un seul arrive au séparateur de faisceaux. Les physiciens travaillent donc sur le moyen de produire cette intrication avec des photons plus proches de ceux usuellement employés pour les télécommunications.
L'enjeu est d'importance car dans la course aux ordinateurs quantique « macroscopiques », les seuls capables de supplanter en vitessevitesse et en puissance les ordinateursordinateurs classiques, l'emploi de mémoires quantiques stables, c'est-à-dire capables d'enregistrer par intrication quantique des qubitsqubits d'informations suffisamment longtemps pour permettre d'effectuer des calculs quantiques avant que la décohérence n'en détruise la possibilité, est crucial. Or, les atomes sont des candidats intéressants pour cela. On comprend donc tout l'intérêt de cette performance d'intrication de paires d'atomes.
