Première expérience de contextualité quantique “sans failles”

171 Yb + et 138 Ba +, respectivement. Seules les transitions Raman pertinentes sont présentées ici. (C) Piège à ions dans la chambre octogonale et diagramme schématique pour les faisceaux Raman. Deux tubes photomultiplicateurs (PMT) différents avec des réponses spectrales et des filtres différents sont utilisés pour détecter indépendamment la fluorescence de deux ions, qui sont situés en haut et en bas de la chambre dans le système expérimental réel. Les flèches pleines et en pointillés indiquent les directions et les polarisations des faisceaux laser de 532 et 355 nm, respectivement. Dans la figure, f Yb et f Ba sont les fréquences qubit de 171 Yb + et 138 Ba +, respectivement; f z = 1,67 MHz est la fréquence du mode déphasé axial (OOP) ; et δ est le désaccord du laser à partir de la bande latérale du mode OOP, lorsque δ est égal à zéro, alors la transition Raman est directement des transitions de bande latérale rouge et bleue. Pour la porte MS, δ doit correspondre à la fréquence Rabi de la bande latérale et détermine la durée de l’interaction MS comme 1 / δ. δ = 22,0 kHz ici. (D) Fréquences des modes vibrationnels d’un seul 171 Yb + et d’un seul 138 Ba + ions. Le mode OOP axial est utilisé pour l’interaction Mølmer-Sørensen (MS). IP, mode en phase. Crédit : Science Advances (2022). DOI : 10.1126 / sciadv.abk1660″ width=”800″ height=”530″/>

Montage expérimental. (A et B) sont les diagrammes de niveau d’énergie de 171Yb + et 138Ba + ion, respectivement. Seules les transitions Raman pertinentes sont présentées ici. (C) Piège à ions dans la chambre octogonale et diagramme schématique pour les faisceaux Raman. Deux tubes photomultiplicateurs (PMT) différents avec des réponses spectrales et des filtres différents sont utilisés pour détecter indépendamment la fluorescence de deux ions, qui sont situés en haut et en bas de la chambre dans le système expérimental réel. Les flèches pleines et en pointillés indiquent les directions et les polarisations des faisceaux laser de 532 et 355 nm, respectivement. Dans la figure, fYb et fBa sont les fréquences qubit de 171Yb + et 138Ba +, respectivement; FMonsieur. = 1,67 MHz est la fréquence du mode déphasé axial (OOP) ; et δ est le désaccord du laser à partir de la bande latérale du mode OOP, lorsque δ est égal à zéro, alors la transition Raman est directement des transitions de bande latérale rouge et bleue. Pour la porte MS, δ doit correspondre à la fréquence Rabi de la bande latérale et détermine la durée de l’interaction MS comme 1 / δ. δ = 22,0 kHz ici. (D) Fréquences des modes vibrationnels d’un seul 171Yb + et un simple 138ions Ba+. Le mode OOP axial est utilisé pour l’interaction Mølmer-Sørensen (MS). IP, mode en phase. Crédit: Avancées scientifiques (2022). DOI : 10.1126 / sciadv.abk1660

La contextualité est essentielle pour expliquer la puissance des ordinateurs quantiques et la sécurité des communications quantiques. L’étude a été publiée dans la revue Avancées scientifiques.

“Pour comprendre pourquoi c’est intéressant”, explique Adán Cabello, “utilisons le jeu suivant. Sergio et Mario nous montrent leurs mains, les poings fermés. Nous leur demandons d’ouvrir une main chacun un instant. Une seule. Nous vérifions si le main contient quelque chose ou pas. A chaque tour de jeu, on peut demander d’ouvrir la même main autant de fois que l’on veut. quelque chose dedans ou est toujours vide. Et il en va de même pour Mario. Si on suppose que, dans chaque tour, Sergio et Mario ont ou n’ont pas quelque chose dans chacune de leurs mains, on peut montrer que la somme de certaines probabilités a une limite. Si on appelle cette somme S, S ne peut pas être supérieur à 2. Cependant, dans notre expérience, S vaut 2,5. ” Comment est-ce possible?

“C’est possible”, explique le professeur, “car Sergio est un ion ytterbium et Mario est un ion baryum. Un ion est un atome chargé électriquement. Dans l’expérience, les deux ions sont pris dans un piège et différents lasers sont utilisés pour faire les mesures (pour qu’ils ouvrent les mains). En physique quantique, les systèmes n’ont pas de propriétés lorsqu’ils ne sont pas mesurés : les propriétés sont relatives aux mesures.”

“Cette expérience est très importante car c’est la première fois que, d’une part, les questions à Sergio ne modifient pas les réponses de Mario et vice versa. D’autre part, lors de l’utilisation d’ions, Sergio et Mario répondent toujours. Dans d’autres expériences ( par exemple avec des photons) ils ne répondent parfois pas. De plus, nous pouvons répéter les mesures dans l’ordre que nous souhaitons. C’est une expérience unique qui nous permet de prouver que tout se passe exactement comme le prédit la physique quantique “, explique le professeur de l’Université de Séville. “Le fait que nous ayons un contrôle aussi précis sur des systèmes aussi sensibles montre le chemin parcouru.”

Le phénomène mis en évidence dans l’expérience, que les physiciens appellent la “contextualité”, est à l’origine de la capacité des ordinateurs quantiques à résoudre des problèmes impossibles pour les ordinateurs d’aujourd’hui et de la possibilité d’obtenir des communications sécurisées.


Filmer une mesure quantique pour la première fois


Plus d’information:
Pengfei wang, Test significatif sans échappatoire de la contextualité de Kochen-Specker utilisant deux espèces d’ions atomiques, Avancées scientifiques (2022). DOI : 10.1126 / sciadv.abk1660. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abk1660

Fourni par l’Université de Séville

Citation: Première expérience de contextualité quantique ‘sans échappatoires’ (17 mars 2022) récupéré le 17 mars 2022 sur https://phys.org/news/2022-03-quantum-contextuality-loopholes.html

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