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Une nouvelle expérience traduit les informations quantiques entre les technologies dans une étape importante pour l’internet quantique

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Une nouvelle expérience traduit les informations quantiques entre les technologies dans une étape importante pour l’internet quantique

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Noyau supraconducteur en niobium. Les trous mènent à des tunnels qui s’entrecroisent pour piéger la lumière et les atomes. 1 crédit

Les chercheurs ont découvert un moyen de « traduire » les informations quantiques entre différents types de technologies quantiques, avec des implications majeures pour l’informatique quantique, la communication et les réseaux.

Publication de la recherche dans la revue nature Mercredi. Il représente une nouvelle façon de convertir les informations quantiques du format utilisé par les ordinateurs quantiques au format requis pour la communication quantique.

Les photons – particules de lumière – sont essentiels aux technologies de l’information quantique, mais différentes technologies les utilisent à des fréquences différentes. Par exemple, certaines des technologies informatiques quantiques les plus populaires reposent sur des qubits supraconducteurs, tels que ceux utilisés par les géants de la technologie Google et IBM ; Ces qubits stockent des informations quantiques dans des photons qui voyagent à des fréquences micro-ondes.

Mais si vous voulez construire un réseau quantique ou connecter des ordinateurs quantiques, vous ne pouvez pas envoyer de photons micro-ondes car leur emprise sur leurs informations quantiques est trop faible pour survivre au voyage.

« Beaucoup de technologies que nous utilisons pour les communications classiques – téléphones portables, Wi-Fi, GPS et autres – utilisent toutes des fréquences micro-ondes pour la lumière », a déclaré Aishwarya Kumar, chercheuse postdoctorale au James Frank Institute de l’Université de Chicago. . . Auteur principal sur papier. « Mais vous ne pouvez pas faire cela pour la communication quantique car l’information quantique dont vous avez besoin est contenue dans un seul photon. Et aux fréquences micro-ondes, cette information serait enfouie dans le bruit thermique. »

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La solution consiste à transférer l’information quantique à un photon haute fréquence, appelé photon optique, plus résistant au bruit ambiant. Mais l’information ne peut pas être transférée directement d’un photon à l’autre. Au lieu de cela, nous avons besoin d’une commande intermédiaire. Certaines expériences conçoivent des dispositifs à semi-conducteurs à cette fin, mais l’expérience de Kumar vise quelque chose de plus fondamental : les atomes.

Seuls les électrons dans les atomes sont autorisés à avoir certaines quantités d’énergie appelées niveaux d’énergie. Si un électron se trouve à un niveau d’énergie inférieur, il peut être excité à un niveau d’énergie supérieur en le frappant avec un photon dont l’énergie correspond exactement à la différence entre les niveaux supérieur et inférieur. De même, lorsqu’un électron est forcé de descendre à un niveau d’énergie inférieur, l’atome émet un photon avec une énergie proportionnelle à la différence d’énergie entre les niveaux.

Diagramme des niveaux d’énergie des électrons dans le rubidium. Deux des écarts de niveau d’énergie correspondent respectivement aux fréquences des photons optiques et des photons micro-ondes. Le laser est utilisé pour forcer l’électron à sauter à des niveaux supérieurs ou à tomber à des niveaux inférieurs. 1 crédit

Il se trouve que les atomes de rubidium ont deux trous dans leurs plans que la technique de Komar exploite : un exactement égal à l’énergie d’un photon micro-onde, et un second exactement égal à l’énergie d’un photon optique. En utilisant un laser pour déplacer les énergies des électrons d’un atome vers le haut et vers le bas, cette technique permet à un atome d’absorber un photon micro-onde avec des informations quantiques, puis d’émettre un photon de lumière avec ces informations quantiques. Cette traduction entre les différents modes d’information quantique est appelée « conversion ».

L’utilisation efficace des atomes à cette fin est rendue possible par les grands progrès que les scientifiques ont réalisés dans la manipulation de ces petits objets. « En tant que société, nous avons construit une technologie incroyable au cours des 20 ou 30 dernières années qui nous permet de contrôler pratiquement tout ce qui concerne les atomes », a déclaré Kumar. « Donc, le procès est très contrôlé et efficace. »

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Un autre secret de leur succès, dit-il, réside dans les progrès réalisés dans le domaine de l’électrodynamique quantique en cavité, dans laquelle un photon est piégé dans une chambre réfléchissante supraconductrice. En forçant un photon à rebondir sur un espace clos, la cavité supraconductrice renforce l’interaction entre le photon et tout matériau placé à l’intérieur.

Leur chambre n’a pas l’air complètement fermée – en fait, elle ressemble beaucoup à un bloc de fromage suisse. Mais ce qui ressemble à des trous de ver sont en fait des tunnels qui se croisent à une géométrie très spécifique, de sorte que des photons ou des atomes peuvent être piégés à l’intersection. C’est une conception intelligente qui permet également aux chercheurs d’accéder à la chambre afin qu’ils puissent injecter des atomes et des photons.

La technologie fonctionne dans les deux sens : elle peut transmettre des informations quantiques des photons micro-ondes aux photons légers, et vice versa. Il peut donc se trouver des deux côtés d’une communication longue distance entre deux ordinateurs quantiques supraconducteurs et servir de bloc de construction de base pour l’Internet quantique.

Mais Kumar pense qu’il pourrait y avoir plus d’applications pour cette technologie que de simples réseaux quantiques. Sa principale capacité est d’enchevêtrer énergétiquement les atomes et les photons, une tâche fondamentale et difficile dans de nombreuses technologies quantiques différentes à travers le domaine.

« L’une des choses qui nous passionnent vraiment est la capacité de cette plateforme à générer des synapses vraiment efficaces », a-t-il déclaré. « L’intrication est fondamentale pour presque tout ce qui nous intéresse quantique, de l’informatique à la simulation en passant par les échelles et les horloges atomiques. Je suis également ravi de voir ce que nous pouvons faire. »

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Plus d’information:
Aishwarya Kumar et al, Conversion d’onde millimétrique en optique quantique à l’aide d’atomes neutres, nature (2023). DOI : 10.1038/s41586-023-05740-2

Informations sur la revue :
nature


Fourni par Chicago Quantum Exchange

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Les plus grandes empreintes de Deinonychusaurus au monde ont été découvertes dans l’est de la Chine

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Les plus grandes empreintes de Deinonychusaurus au monde ont été découvertes dans l’est de la Chine

La découverte des plus grandes empreintes de dinosaures tyrannosaures connues au monde sur le site de Longxiang à Longyan, dans la province du Fujian (est de la Chine), a conduit à la création d’une nouvelle espèce raciale appelée Fujianipus yingliangi. (Photo/Service de presse chinois)

Lundi matin, une équipe de scientifiques de l’Université chinoise des géosciences de Pékin et du Musée d’histoire naturelle paléolithique de Yingliang a annoncé la découverte des plus grandes empreintes de déinonychosaures connues au monde sur le site de Longxiang à Longyan, dans la province du Fujian (est de la Chine), établissant ainsi une nouvelle espèce. de dinosaure. Son nom est Foganibus Yinglianji.

Les déinonychosaures étaient un groupe de dinosaures théropodes carnivores ou omnivores qui vivaient de la fin du Jurassique au Crétacé. Les membres célèbres de ce groupe incluent Velociraptor et Deinonychus, qui sont apparus dans les films Jurassic Park.

L’article connexe, intitulé « Les pistes de Deinonychosaurus dans le sud-est de la Chine enregistrent un possible troodontidé géant », a été publié dans la revue universitaire iScience, une sous-revue de Cell, en avril.

En 2020, une équipe de scientifiques a découvert un total de 248 ensembles d’empreintes de dinosaures bien préservées dans les vasières du comté de Longyan. Parmi elles, il y avait 12 empreintes de dinosaures à deux doigts, qui peuvent être clairement divisées en deux types. Basé sur la taille et la morphologie.

Les traces plus petites, d’environ 11 cm de long, ont été identifiées comme des Velociraptorichnus, des empreintes appartenant à une créature qui pourrait ressembler à un Velociraptor. Les traces les plus grandes, d’environ 36 centimètres de long, sont celles de l’ichnotaxon fondateur Fujianipus yingliangi. Sur la base de la taille des traces, on estime que Fujianibus mesurait au moins 5 mètres de long et une hauteur de hanches supérieure à 1,8 mètre, ce qui en fait l’un des plus grands oiseaux de proie connus.

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Alors que de nombreux dinosaures déinonychosauridés étaient petits, l’évolution des grands dinosaures n’était pas rare et s’est produite indépendamment à plusieurs reprises. « Les empreintes du Fujianibus représentent un autre exemple de gigantisme indépendant chez les dinosaures en dehors des Amériques », a déclaré Niu Kitching, conservateur exécutif du musée.

Les dinosaures étaient décorés de plumes. Ils avaient quatre griffes à chaque pied. La première griffe de chaque pied était petite et placée à l’écart du pied principal. Le deuxième orteil du pied arrière portait de grandes griffes en forme de faucille, qui étaient généralement levées vers le haut pendant le mouvement, laissant derrière elles des empreintes à deux doigts laissées sur le sol par les troisième et quatrième orteils.

Selon Xing Lida, l’un des auteurs de la recherche, ils ont trouvé un total de six empreintes de deux doigts, cinq empreintes formant une trace. La longueur moyenne des empreintes est d’environ 36,4 cm et sa largeur est de 16,9 cm.

Ces empreintes, les plus grandes empreintes de dinosaures jamais trouvées en Chine et même dans le monde, appartenaient très probablement à un grand dinosaure théropode, peut-être un type de grand droméosaurien, a déclaré Xing.

Pour leurs recherches, l’équipe de recherche a créé une nouvelle classification des empreintes digitales. Pour rendre hommage aux contributions exceptionnelles du Musée d’histoire naturelle de la pierre de Yingliang à la recherche sur les dinosaures dans le Fujian, ils ont nommé ce type d’empreinte Fujianibus yingliangi.

Niu a souligné que la désignation officielle de la collection d’empreintes de dinosaures de Longxiang dans le Fujian lui confère une véritable « identité scientifique » en tant que collection d’empreintes de dinosaures du Crétacé supérieur la mieux préservée, la plus grande et la plus diversifiée découverte en Chine à ce jour.

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Cette découverte démontre également l’énorme potentiel de recherche du groupe d’empreintes de dinosaures de Longxiang dans le Fujian et revêt une grande importance pour l’étude de la faune des dinosaures du Crétacé supérieur en Chine, a ajouté Niu.


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Torsion et liaison des ondes de matière aux photons

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Torsion et liaison des ondes de matière aux photons

Les atomes à l’intérieur de la cavité optique échangent leurs états de quantité de mouvement en « jouant au catch » avec les photons. Lorsque les atomes absorbent les photons du laser appliqué, c’est l’ensemble du nuage d’atomes qui rebondit plutôt que les atomes individuels. Crédit : Stephen Burrows/Ray, Thompson and Holland Collections, édité

Des chercheurs du JILA et du NIST ont développé une technique permettant d’atténuer le rebond atomique dans les mesures quantiques en utilisant les interactions d’échange de quantité de mouvement au sein du système de cavités. Cette percée peut grandement améliorer Précision Les capteurs quantiques permettent de nouvelles découvertes en physique quantique.

En raison du rebond atomique, mesurer avec précision les états énergétiques des atomes individuels constitue un défi historique pour les physiciens. quand atome interagit avec un PhotonL’atome « ​​rebondit » dans la direction opposée, ce qui rend difficile la mesure précise de la position et de l’impulsion de l’atome. Ce rebond pourrait avoir de grandes implications pour la détection quantique, qui détecte des changements infimes dans les paramètres, par exemple en utilisant les changements dans les ondes gravitationnelles pour déterminer la forme de la Terre ou même détecter la matière noire.

Ana Maria Rey et James Thompson, boursiers JILA et NIST, Murray Holland, boursier JILA, et leur équipe ont proposé un moyen de surmonter ce rebond atomique en démontrant un nouveau type d’interaction atomique appelée interaction d’échange d’impulsion, dans laquelle les atomes échangent leur impulsion en échangeant photons correspondants. Les détails de la recherche ont été publiés dans un nouvel article de la revue les sciences.

À l’aide d’une cavité – un espace clos constitué de miroirs – les chercheurs ont observé que le recul atomique était supprimé par les atomes échangeant des états énergétiques dans cet espace étroit. Ce processus a créé une absorption collective d’énergie et réparti le recul entre toutes les particules.

Les atomes à l’intérieur de la cavité optique sont des états d’échange

Les atomes à l’intérieur de la cavité optique échangent leurs états de quantité de mouvement en « jouant au catch » avec les photons. Lorsque les atomes absorbent les photons du laser appliqué, c’est l’ensemble du nuage d’atomes qui rebondit plutôt que les atomes individuels. Crédit : Stephen Burrows/Collections Holland, Ray et Thompson

En utilisant ces résultats, d’autres chercheurs peuvent concevoir des cavités pour atténuer les rebonds et autres influences externes dans un large éventail d’expériences, ce qui pourrait aider les physiciens à mieux comprendre les systèmes complexes ou à découvrir de nouveaux aspects de la physique quantique. La conception améliorée de la cavité pourrait également permettre des simulations plus précises de la supraconductivité, comme dans le cas de la jonction Bose-Einstein-Condensate-Bardeen-Cooper-Schrift (BEC-BCS) ou des systèmes physiques à haute énergie.

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Pour la première fois, il a été observé qu’une interaction d’échange de quantité de mouvement induisait une dynamique de torsion sur un axe (OAT), un aspect de l’intrication quantique, entre les états de la quantité de mouvement atomique. La farine d’avoine agit comme une tresse quantique pour enchevêtrer différentes particules, chaque état quantique étant tordu et lié à une autre particule.

Auparavant, l’OAT n’était observée que dans les états internes des atomes, mais désormais, avec ces nouveaux résultats, on pense que l’OAT induite par l’échange de quantité de mouvement peut aider à réduire le bruit quantique provenant de plusieurs atomes. La capacité à intriguer les états de quantité de mouvement pourrait également conduire à des améliorations de certaines mesures physiques réalisées par des capteurs quantiques, par exemple Ondes gravitationnelles.

Profitez du réseau de densité

Dans le cadre de cette nouvelle étude, inspirée des recherches antérieures de Thompson et de son équipe, les chercheurs ont examiné les effets de la superposition quantique, qui permet à des particules telles que des photons ou des électrons d’exister simultanément dans plusieurs états quantiques.

« Dans ce [new] Project, tous les atomes partagent le même signe de spin ; « La seule différence est que chaque atome est dans une superposition de deux états d’impulsion », a expliqué Chenjie Luo, étudiant diplômé et premier auteur.

Les chercheurs ont découvert qu’ils pouvaient mieux contrôler le rebond atomique en forçant les atomes à échanger des photons et leurs énergies associées. Comme dans un jeu de balle au prisonnier, un seul atome peut « lancer » une « balle au prisonnier » (un photon) et celle-ci rebondit dans la direction opposée. Cette balle douteuse pourrait être attrapée par un deuxième atome, ce qui provoquerait le même rebond à ce deuxième atome. Cela annule les rebonds subis par les deux atomes et les fait en moyenne pour l’ensemble du système de cavités.

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Lorsque deux atomes échangent des énergies photoniques différentes, le paquet d’ondes résultant (la distribution des ondes de l’atome) forme en superposition un graphique d’impulsion connu sous le nom de réseau de densité, qui ressemble à un peigne fin.

Ajouta Lou. « La formation d’un réseau de densité indique deux états d’impulsion [within the atom] Ils sont tellement « cohésifs » les uns avec les autres qu’ils peuvent intervenir [with each other]Les chercheurs ont découvert que l’échange de photons entre les atomes provoquait la connexion des paquets d’ondes des deux atomes, de sorte qu’il ne s’agissait plus de mesures distinctes.

Les chercheurs peuvent stimuler l’échange de quantité de mouvement en explorant l’interaction entre le réseau de densité et la cavité optique. Étant donné que les atomes échangent de l’énergie, tout rebond provoqué par l’absorption des photons était dispersé parmi l’ensemble de la communauté des atomes plutôt que parmi les particules individuelles.

Suppression du décalage Doppler

En utilisant cette nouvelle méthode de contrôle, les chercheurs ont découvert qu’ils pouvaient également utiliser ce système d’atténuation de la rétrodiffusion pour aider à atténuer un problème de mesure distinct : le décalage Doppler.

Le décalage Doppler, un phénomène de la physique classique, explique pourquoi une sirène ou un klaxon de train change de tonalité lorsqu’il passe devant l’auditeur ou pourquoi certaines étoiles apparaissent rouges ou bleues sur les photographies du ciel nocturne. Il s’agit du changement de fréquence de l’onde lorsqu’elle passe par l’auditeur. La source et l’observateur se rapprochent (ou s’éloignent) l’un de l’autre. En physique quantique, le décalage Doppler décrit le changement d’énergie d’une particule dû au mouvement relatif.

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Pour des chercheurs comme Lu, le décalage Doppler peut être un défi à surmonter pour obtenir une mesure précise. « Lorsque les photons sont absorbés, le rebond atomique entraînera un décalage Doppler de la fréquence des photons, ce qui constitue un gros problème lorsque l’on parle de spectroscopie précise », a-t-il expliqué. En simulant leur nouvelle méthode, les chercheurs ont découvert qu’ils pouvaient surmonter les biais de mesure dus au décalage Doppler.

Enchevêtrement des échanges d’élan

Les chercheurs ont également découvert que l’échange de quantité de mouvement entre ces atomes peut être utilisé comme une forme d’intrication quantique. Comme l’explique John Wilson, un étudiant diplômé du groupe de Holland : « Lorsqu’un atome tombe, son mouvement vibre à la fréquence de la cavité, ce qui encourage les autres atomes à ressentir collectivement le mécanisme de rétroaction et les incite à corréler son mouvement à travers des oscillations partagées. »

Pour tester davantage cet « enchevêtrement », les chercheurs ont créé une plus grande séparation entre les états de quantité de mouvement des atomes, puis ont catalysé l’échange de quantité de mouvement. Les chercheurs ont découvert que les atomes continuaient à se comporter comme s’ils étaient connectés. « Cela suggère que les deux états d’impulsion oscillent l’un par rapport à l’autre comme s’ils étaient reliés par un ressort », a ajouté Luo.

En ce qui concerne l’avenir, les chercheurs prévoient d’explorer davantage cette nouvelle forme d’intrication quantique, dans l’espoir de mieux comprendre comment elle peut être utilisée pour améliorer différents types de dispositifs quantiques.

Référence : « Les interactions d’échange d’impulsion dans l’interféromètre atomique de Bragg empêchent le décalage Doppler » par Chengyi Lu, Haoqing Zhang, Vanessa B. W. Koh et John D. Wilson, Angjun Chu, Murray J. Holland, Anna Maria Rhee et James K. Thompson, le 2 mai 2024, les sciences.
est ce que je: 10.1126/science.adi1393

Cette recherche a été soutenue par le Département américain de l’énergie, l’Office of Science, les Centres nationaux de recherche en sciences de l’information quantique et le Quantum Systems Accelerator.

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Astéroïde géocroiseur 2024 JD Rencontre très rapprochée : Image – 5 mai 2024.

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Astéroïde géocroiseur 2024 JD Rencontre très rapprochée : Image – 5 mai 2024.

Le 8 mai 2024, l’astéroïde géocroiseur 2024 dinars Nous aurons une rencontre très rapprochée mais sûre avec la Terre. Elle approchera une distance de 278 000 km, soit environ 72 % de la distance lunaire moyenne. Nous l’avons remarqué à mesure qu’il s’approchait de nous.

Astéroïde géocroiseur 2024. JD : 5 mai 2024.

L’image ci-dessus provient d’une seule exposition de 120 secondes, prise à distance à l’aide du viseur. Celestron C14 + Paramount ME + SBIG ST8-XME Une unité robotique est disponible dans le cadre du projet Virtual Telescope. Le télescope suit le mouvement apparent de l’astéroïde et il apparaît comme un point lumineux pointu, indiqué par une flèche blanche, tandis que les étoiles laissent des lignes lumineuses en arrière-plan.

Au moment du tournage, l’astéroïde 2024 dinars Il se trouvait à environ 750 000 kilomètres de nous et se rapprochait lentement de la Terre. Cet astéroïde a été découvert par le Panstarrs Survey Le 1er mai 2024.

Ce gros astéroïde, mesurant entre 8,2 et 18 mètres de long, atteindra sa distance minimale (environ 278 000 km, soit 72 % de la distance lunaire moyenne) de nous le 8 mai 2024, à 13h34 UTC (Source : NASA/JPL). Bien entendu, il n’y a aucun risque pour notre planète.

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