Traitement de l'information quantique par la spectroscopie par résonance magnétique nucléaire

La résonance magnétique nucléaire (RMN) est une manifestation macroscopique directe de la mécanique quantique du moment angulaire intrinseque des noyaux atomiques. Elle est surtout connue pour son extraordinaire éventail d'applications, qui incluent la détermination de la structure moléculaire, l'imagerie médicale et les mesures de débits et de coefficients de diffusion. Plus récemment, la spectroscopie RMN à état liquide a été reconnue comme un outil expérimental puissant pour le développement et l'évaluation des techniques de contrôle cohérent nécessaires au traitement de l'information quantique. Ce nouveau domaine interdisciplinaire en plein essor a le potentiel d'atteindre des exploits cryptographiques, des communications et des capacités de calcul bien au-delà de ce qui est possible avec la physique classique connue. En effet, la RMN a rendu suffisamment simple la démonstration de nombreux de ces exploits pour être réalisée par des stagiaires d'été de lycée travaillant dans notre laboratoire (voir les deux derniers auteurs). Dans cet article, les principes de base du traitement de l'information quantique par spectroscopie RMN sont décrits, avec plusieurs expériences illustratives adaptées à l'intégration dans le programme de physique de premier cycle. Ces expériences incluent l'interférométrie spin-spin, une mise en œuvre de la transformée de Fourier quantique et la simulation quantique d'un oscillateur harmonique.