Des chercheurs de l'Institut des sciences fondamentales de Corée du Sud en collaboration avec Giuliano Benenti de
Un micromaser est un système dans lequelun faisceau d’atomes est utilisé pour pomper des photons dans la cavité. En termes simples, un micromaser peut être considéré comme une configuration miroir d'un modèle expérimental de batterie quantique : l'énergie est stockée dans un champ électromagnétique, qui est chargé par un flux de qubits interagissant séquentiellement avec lui. Des chercheurs coréens et italiens ont montré que les micromasers possèdent des propriétés qui en font des modèles idéaux pour les batteries quantiques.
L'un des principaux problèmes liés à l'utilisationLe champ électromagnétique utilisé pour le stockage de l’énergie est qu’il absorbe une énorme quantité d’énergie, plus que nécessaire. C'est comme une batterie de téléphone qui, lorsqu'elle est connectée au réseau, se charge sans fin. Dans ce cas, oublier que le smartphone est connecté au réseau est très dangereux : il n'existe aucun mécanisme qui puisse arrêter le processus.
Deux exemples de "téléphones quantiques", tous deux en chargebatteries quantiques basées sur des champs électromagnétiques. À gauche : le protocole de charge sans utiliser de micromaser entraîne une charge incontrôlée de la batterie avec des dommages possibles. À droite : un protocole de charge basé sur un micromaser est capable de contrôler indépendamment la quantité de charge mise dans un téléphone quantique. Crédit : Institut des sciences fondamentales
Cependant, les résultats numériques des scientifiques ont montré queCette situation est impossible dans les micromasers. Le champ électromagnétique atteint rapidement une configuration finale (techniquement appelée état stationnaire), dont l'énergie est déterminée a priori lors de la construction du micromaser. Cette propriété offre une protection contre les risques de surcharge.
Les scientifiques ont également découvert que la version finaleLa configuration du champ électromagnétique est à l’état pur. Cela signifie qu'il n'apporte pas la mémoire des qubits utilisés lors de la charge. Cette dernière propriété est particulièrement importante lorsque l’on travaille avec une batterie quantique. Cela garantit que toute son énergie peut être extraite et utilisée en cas de besoin. Il n’est pas nécessaire de suivre les qubits utilisés dans le processus de facturation.
Auparavant, des chercheurs du Centre de recherche théoriqueLes physiciens des systèmes complexes en Corée du Sud ont fixé des limites strictes aux performances de charge possibles d'une batterie quantique. Ils ont notamment montré qu’un ensemble de batteries quantiques entraînerait une augmentation significative de la vitesse de charge. Surtout par rapport au protocole classique. Ceci est possible grâce aux effets quantiques qui permettent de charger simultanément les éléments des batteries quantiques.
Malgré ces avancées théoriques,Il existe encore peu de mises en œuvre expérimentales de batteries quantiques. Le seul contre-exemple récent connu utilisait un ensemble de systèmes à deux niveaux (un peu comme les qubits) pour stocker l’énergie. Dans ce cas, l’énergie était fournie par un champ électromagnétique (laser).
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Photo de couverture : Rosser1954, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons