La station spatiale accueillera une démonstration technique sur les communications quantiques à auto-guérison
Une fois attaché à l’extérieur des stations spatiales, SEAQUE testera également une technique pour aider les nœuds spatiaux à s’auto-réparer des dommages causés par les radiations, un défi continu pour maintenir des instruments délicats dans l’espace.
La démonstration de ces deux technologies jette les bases de futurs réseaux quantiques mondiaux capables de connecter des ordinateurs quantiques situés à des centaines, voire des milliers de kilomètres l’un de l’autre, a déclaré Makan Mohageg, co-chercheur SEAQUE au Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud.
Comme le réseau qu’il est censé activer, le projet est mondial. La collaboration SEAQUE comprend des scientifiques et des étudiants de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign, qui dirigent le projet ; l’Université de Waterloo en Ontario, Canada; Université nationale de Singapour; AdvR, Inc., partenaire industriel basé au Montana ; Nanoracks, fournisseur de systèmes spatiaux commerciaux basé au Texas ; et JPL.
Le pouvoir de l’enchevêtrement
Les paires de photons intriqués sont si intimement liées que la mesure de l’un affecte immédiatement les résultats de la mesure de l’autre, même lorsqu’elles sont séparées par une grande distance. C’est une caractéristique fondamentale des systèmes de mécanique quantique. La source de photons intriqués de SEAQUE divise les photons de haute énergie en paires de photons filles intriqués. Ces photons filles sont ensuite comptés et leurs propriétés quantiques sont mesurées par les détecteurs internes de l’instrument.
Alors que d’autres expériences quantiques spatiales dépendaient de l’optique en vrac (qui concentre la lumière dans un cristal spécial) pour générer des photons intriqués, SEAQUE s’appuie sur une source intégrée de photons intriqués utilisant un guide d’ondes, une première pour les engins spatiaux. Un guide d’ondes est une structure microscopique qui agit comme une autoroute pour les photons, dirigeant leur transmission avec peu de perte de l’état quantique.
SEAQUE fera la démonstration d’une nouvelle source d’enchevêtrement inédite basée sur l’optique intégrée, a déclaré Paul Kwiat, chercheur principal du projet à l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign. Une telle source est intrinsèquement beaucoup plus petite, plus robuste et plus efficace pour produire des paires de photons que les sources d’enchevêtrement optique en vrac utilisées dans les expériences spatiales précédentes.
Par exemple, lorsque ces optiques en vrac nécessitent un réalignement optique délicat par un opérateur au sol après avoir été secouées lors du lancement, les optiques SEAQUES ne le feront pas.
Si vous construisez un réseau quantique mondial, connectant des centaines de stations terrestres quantiques sur différents continents, vous ne pouvez pas vous permettre d’avoir une personne dans la boucle gardant les sources à chacun des nœuds en alignement optique, a déclaré Mohageg. Une source monolithique basée sur un guide d’ondes comme celle que SEAQUE va voler sera une avancée considérable vers un réseau d’information quantique mondial évolutif.
Guérison au laser
La fiabilité des démonstrations technologiques pourrait être encore améliorée si SEAQUE prouve qu’il peut également réparer les dommages qui lui sont infligés par les radiations.
Les nœuds de communication quantiques nécessiteront des détecteurs très sensibles pour recevoir les signaux quantiques à photon unique de la surface de la Terre. Lorsque des particules à haute énergie, ou rayonnement, provenant de l’espace frappent les détecteurs des nœuds, elles créeront des défauts au fil du temps. Ces défauts peuvent se manifester par des décomptes sombres dans la sortie d’un détecteur, créant un bruit qui finira par submerger tout signal quantique provenant du sol. Si rien n’est fait, le rayonnement spatial finira par dégrader ces détecteurs à tel point qu’ils devront être remplacés régulièrement, ce qui entravera la viabilité d’un réseau mondial de communications quantiques.
Bien que la détection des signaux de la Terre dépasse le cadre de cette démonstration technologique, SEAQUE utilisera son réseau de détecteurs pour compter les photons générés par sa source d’intrication. Et SEAQUE utilisera un laser brillant pour réparer périodiquement les dommages induits par les radiations qui affecteront les réseaux de détecteurs comptent une autre première.
Lors de tests au sol, nous avons constaté que cette technique provoque la formation de bulles sur les défauts du réseau, un processus connu sous le nom de recuit, réduisant ainsi le bruit du détecteur et prolongeant potentiellement la durée de vie des nœuds quantiques dans l’espace, facilitant un réseau mondial robuste, a déclaré Kwiat.
SEAQUE sera hébergé sur la station spatiale par le sas Bishop, détenu et exploité par Nanoracks. Nanoracks fournit également les services d’opérations de la mission et coordonne les services de lancement. La source optique intégrée de photons intriqués pour SEAQUE est développée par AdvR, Inc. Prévue pour être lancée au plus tôt en août 2022, la démonstration technologique est financée par la division des sciences biologiques et physiques de la NASA au sein de la direction des missions scientifiques de l’agence.