Une percée danoise dans le domaine
des nouvelles techniques de communication :
la mémoire quantique

Une équipe de recherche dirigée par Eugene Polzik, Professeur à l'Institut Niels Bohr de Copenhague, a fait une découverte déterminante pour le développement d'une nouvelle génération d'ordinateurs et d'internet : la mémoire quantique.
Une communication consiste en deux étapes : le transfert d'information puis son stockage. La lumière constitue un bon transporteur d'information. Pour le stockage on utilise des atomes dont une des caractéristiques est leur capacité à pouvoir être au repos (contrairement à la lumière).
Une onde lumineuse peut être caractérisée par deux variables complémentaires : l'amplitude et la période. Or le "principe de complémentarité" découvert par Niels Bohr il y a plus de 80 ans établit que les propriétés complémentaires d'un système physique ne peuvent pas être définies précisément en même temps. Par conséquent, si l'on encode de l'information dans l'amplitude et la période d'un rayon lumineux, cette information ne pourra être récupérée qu'avec une très relative précision.
Dans les méthodes actuelles de communication les informations, contenues à la fois dans l'amplitude et la phase de l'onde lumineuse, sont mesurées puis transmises aux atomes. Or d'après le principe de complémentarité, on ne peut pas effectuer une mesure précise de l'amplitude et de la période en même temps. On ne peut donc obtenir qu'une mesure approximative des deux à la fois. L'information transmise aux atomes (modification de leur spin d'après les mesures précédemment obtenues) est donc très approximative, d'autant plus qu'eux même contiennent du bruit quantique. Le spin d'un groupe d'atomes est en effet caractérisé par deux directions qui sont deux propriétés complémentaires et ne peuvent donc pas être définies précisément en même temps.
Eugene Polzik et son équipe ont découvert une méthode permettant de transférer l'information d'une impulsion lumineuse à un groupe d'atomes avec une fidélité bien supérieure à la méthode classique. Leur procédé peut être décomposé en trois étapes :
- tout d'abord, un faisceau lumineux est envoyé sur des atomes de césium. Si l'expérience est réalisée correctement, une partie de l'information de l'onde lumineuse (la phase) est transmise aux atomes. Dans le même temps, les atomes agissent aussi sur le faisceau lumineux.
- la lumière résultante, contenant des informations à la fois sur l'amplitude de l'impulsion initiale et sur les atomes, est mesurée. D'après le principe de complémentarité, cette mesure ne fournira aucune information sur la phase de l'onde lumineuse mais cette information n'est pas nécessaire puisqu'elle a déjà été stockée dans les atomes.
- finalement, grâce à un système de rétroaction (champ magnétique à fréquence radio), les spins des atomes sont polarisés en fonction des résultats de la mesure précédente.
Le résultat est le stockage de l'onde initiale (amplitude et période) dans le système atomique : c'est ce que l'on appelle la mémoire quantique. Avec cette méthode les informations contenues dans une impulsion lumineuse sont transmises avec 70% de fidélité au système atomique, ce qui est bien au-delà des limites de la méthode classique.
D'après l'équipe de chercheurs, les différents types d'applications possible (ordinateur quantique, internet quantique, techniques de cryptographie quantique...) pourraient être réalisables d'ici 5 à 15 ans.