Vers une construction à échelle industrielle d'ordinateurs quantiques ?
Au sein de l'Université Columbia, une équipe dirigée par Sebastian Will et Nanfang Yu a disposé avec succès 1000 atomes de strontium. Cette prouesse utilise des pinces optiques aidées par l'utilisation de métasurfaces, comme le rapporte leur étude parue dans
Nature. Leur démonstration indique que cette approche pourrait s'étendre à des assemblages dépassant les 100 000 atomes. Les atomes constituent des qubits naturels, parfaitement identiques et simples à gérer en grandes quantités, ce qui facilite grandement la fabrication des ordinateurs quantiques.
Illustration d'un réseau d'atomes neutres.
Crédit: Will Lab, Université Columbia
Habituellement, les pinces optiques emploient des lasers très focalisés pour maintenir chaque atome en place. La création de vastes réseaux avec cette technique exige des équipements volumineux et onéreux. Les métasurfaces proposent une alternative à la fois compacte et performante: ces composants plats convertissent un unique faisceau lumineux en de multiples points de piégeage, permettant le contrôle simultané de plusieurs milliers d'atomes.
La fabrication des métasurfaces implique l'utilisation de nanopixels plus petits que la longueur d'onde de la lumière employée. Cette caractéristique leur confère la capacité de modeler la lumière avec une extrême exactitude, sans recourir à des éléments optiques supplémentaires. Par ailleurs, ces matériaux tolèrent des lasers de forte puissance, indispensables pour capturer une grande quantité d'atomes. Cette résistance laisse entrevoir des applications à grande échelle.
Schéma illustrant comment une métasurface génère plusieurs faisceaux focalisés à partir d'un seul laser.
Crédit: Will and Yu labs, Université Columbia Pour montrer toute la souplesse de leur plateforme, l'équipe a produit divers agencements d'atomes, comme un réseau carré de 1024 sites ou des motifs plus artistiques, tel que la Statue de la Liberté. Une métasurface de 3,5 mm de diamètre, qui renferme des millions de nanopixels, peut engendrer jusqu'à 360 000 pinces optiques, surpassant nettement les performances des techniques actuelles.
Prochainement, les scientifiques ambitionnent d'employer des lasers plus énergétiques pour capturer plusieurs centaines de milliers d'atomes. Cette progression pourrait servir non seulement au domaine des ordinateurs quantiques, mais aussi à d'autres champs comme la modélisation de phénomènes physiques ou la conception d'horloges atomiques encore plus précises. L'alliance des pinces optiques et des métasurfaces dessine donc un futur prometteur pour les technologies quantiques.
Vue rapprochée d'une métasurface de 3,5 mm de diamètre avec une haute densité de nanopixels.
Crédit: Yu lab, Université Columbia