Nos tutelles

CNRS

Nom tutelle 1

Nos partenaires

Nom tutelle 2 Nom tutelle 3

Rechercher





Accueil > A la une > Archives > Nouvelles scientifiques

Une nouvelle voie pour transférer une information quantique dans un réseau moléculaire

par Edith Burgey -

De récents travaux réalisés au sein de l’institut UTINAM ont permis d’établir un nouveau protocole de communication quantique dans lequel l’information est véhiculée par les excitations vibrationnelles haute fréquence qui se propagent le long d’un réseau moléculaire.

En informatique quantique, une tâche fondamentale consiste à transférer un état quantique entre deux régions plus ou moins éloignées. Un tel transfert doit se faire avec une grande fidélité et avec un minimum de manipulations. Cette tâche est essentielle pour assurer une excellente communication entre deux ordinateurs quantiques afin de réaliser des calculs quantiques à grande échelle. De même, à l’intérieur d’un ordinateur quantique, une bonne communication est nécessaire entre les différentes parties du système. Pour assurer la communication sur de courtes distances, les meilleurs candidats sont clairement les structures solides de dimension réduite. Dans ce cas, les qubits [1] réalisant les calculs et ceux permettant le transfert sont de même nature si bien qu’aucune interface n’est requise. Compte tenu de la nature collective de la matière condensée, l’information sera véhiculée par les excitations du réseau et aucun contrôle dynamique extérieur ne sera nécessaire après l’implémentation de l’état initial.

Bien que le choix du protocole de communication dépende fondamentalement du réseau utilisé, il s’avère que la plupart des systèmes considérés sont des réseaux de spins sur lesquels l’information est transmise par des ondes de spins. Or, il a été suggéré récemment qu’il était possible d’encoder l’information sur les niveaux vibrationnels d’une molécule. En s’appuyant sur la théorie du contrôle optimal, l’idée générale est de façonner un champ laser IR de manière à peupler judicieusement certains modes de vibration d’une molécule. Ainsi, deux excitations vibrationnelles différentes d’un ensemble de modes permettraient de définir les états 0 et 1 qui composent le qubit. L’intérêt de cette méthode réside dans le fait que le champ laser peut également servir à effectuer des opérations sur les qubits en induisant des transferts de populations entre modes.

JPEG - 99.2 ko
Protocole de communication entre deux ordinateurs quantiques

Dans ce contexte, de récents travaux réalisés au sein de l’institut UTINAM ont permis d’établir un nouveau protocole de communication quantique dans lequel l’information est véhiculée par les excitations vibrationnelles haute fréquence qui se propagent le long d’un réseau moléculaire. L’architecture considérée est constituée de deux groupements moléculaires greffés sur les extrémités d’un nano-fil. Les groupements jouent le rôle d’ordinateurs quantiques où l’information est successivement encodée puis reçue, alors que le nano-fil définit le réseau de communication. Le problème qui se pose est que dans un tel système les excitations vibrationnelles ne se propagent pas librement. Elles interagissent avec les mouvements basse fréquence du nano-fil qui forment un environnement dissipatif à température finie. Cet environnement est source de décohérence (l’ennemi publique numéro un en informatique quantique) qui altère profondément la qualité du transfert de l’information. Cependant, il a été montré qu’en choisissant judicieusement l’interaction entre les ordinateurs quantiques et le réseau de communication, il est possible de minimiser les effets de décohérence de manière à obtenir un transfert d’information avec une très bonne fidélité, y compris à température ambiante.

Pour en savoir plus :

- Vibron in finite size molecular lattices : a route for high-fidelity quantum state transfer at room temperature
Vincent Pouthier
THE JOURNAL OF PHYSICS : CONDENSED MATTER (In press)

- Vibrational exciton-mediated quantum state transfert : a simple model
Vincent Pouthier
PHYSICAL REVIEW B 85, 214303 (2012).


[1le qubit est l’unité d’information quantique élémentaire. C’est un état quantique constitué d’une superposition cohérente de deux états de base.