Aperçu de l’Internet de nouvelle génération — Harvard Gazette
C’est une chose d’imaginer un Internet quantique de nouvelle génération capable d’envoyer des informations très complexes et à l’épreuve du piratage partout dans le monde à des vitesses ultra-rapides. C’en est une autre de montrer physiquement que c’est possible.
C’est exactement ce que des physiciens de Harvard ont fait, en utilisant la fibre de télécommunication existante dans la région de Boston, pour démontrer la plus longue distance de fibre au monde entre deux nœuds de mémoire quantique. Considérez-le comme un Internet simple et fermé transportant un signal codé non pas par des bits classiques comme l’Internet existant, mais par des particules de lumière individuelles parfaitement sécurisées.
Letravail révolutionnairepublié dans Nature, a été dirigé par Mikhail Lukin, professeur au département de physique de l’Université Joshua et Beth Friedman, en collaboration avec des professeurs de Harvard.Marko LonaretParc Hongkunqui sont tous membres duInitiative quantique de Harvard.La naturedes travaux ont été menés avec des chercheurs deServices Web Amazon.
L’équipe de Harvard a établi les fondements pratiques du premier Internet quantique en enchevêtrant deux nœuds de mémoire quantique séparés par une liaison par fibre optique déployée sur une boucle d’environ 22 milles traversant Cambridge, Somerville, Watertown et Boston. Les deux nœuds étaient situés à un étage l’un de l’autre dans le laboratoire de Harvard pour la science et l’ingénierie intégrées.
Carte montrant le chemin du réseau quantique à deux nœuds à travers Boston et Cambridge.
Crédit : Can Knaut via OpenStreetMap
La mémoire quantique, analogue à la mémoire informatique classique, est un élément important de l’avenir de l’informatique quantique car elle permet des opérations de réseau complexes ainsi que le stockage et la récupération d’informations. Alors que d’autres réseaux quantiques ont été créés dans le passé, les équipes de Harvard constituent le plus long réseau de fibres entre des appareils capables de stocker, traiter et déplacer des informations.
Chaque nœud est un très petit ordinateur quantique, constitué d’un éclat de diamant présentant un défaut dans sa structure atomique appelé centre de silicium. À l’intérieur du diamant, des structures sculptées inférieures à un centième de la largeur d’un cheveu humain améliorent l’interaction entre le centre de silicium et la lumière.
Montrer que les nœuds du réseau quantique peuvent être intriqués dans l’environnement réel d’une zone urbaine très fréquentée constitue une étape importante vers une mise en réseau pratique entre ordinateurs quantiques.
Mikhaïl Loukine
Le centre de silicium contient deux qubits, ou bits d’information quantique : l’un sous la forme d’un spin électronique utilisé pour la communication, et l’autre sous la forme d’un spin nucléaire à plus longue durée de vie utilisé comme qubit mémoire pour stocker l’intrication, la mécanique quantique. propriété qui permet aux informations d’être parfaitement corrélées sur n’importe quelle distance.
(En informatique classique, les informations sont stockées et transmises sous la forme d’une série de signaux binaires discrets, par exemple marche/arrêt, qui forment une sorte d’arbre de décision. L’informatique quantique est plus fluide, car les informations peuvent exister par étapes entre l’activation et la désactivation, et sont stockés et transférés sous forme de modèles changeants de mouvement de particules sur deux points intriqués.)
L’utilisation de centres de silicium vacants comme dispositifs de mémoire quantique pour des photons uniques fait l’objet d’un programme de recherche pluriannuel à Harvard. La technologie résout un problème majeur de l’Internet quantique théorique : la perte de signal qui ne peut pas être amplifiée par les méthodes traditionnelles.
Un réseau quantique ne peut pas utiliser de répéteurs de signaux à fibre optique standard, car la simple copie d’informations quantiques sous forme de bits discrets est impossible, ce qui rend les informations sécurisées, mais également très difficile à transporter sur de longues distances.
Les nœuds de réseau basés sur des centres de postes vacants en silicium peuvent capturer, stocker et enchevêtrer des bits d’informations quantiques tout en corrigeant la perte de signal. Après avoir refroidi les nœuds jusqu’à un niveau proche du zéro absolu, la lumière est envoyée à travers le premier nœud et, de par la nature de la structure atomique des centres de lacunes du silicium, s’enchevêtre avec lui, ce qui lui permet de transporter l’information.
Puisque la lumière est déjà intriquée avec le premier nœud, elle peut transférer cet intrication au deuxième nœud, a expliqué le premier auteur Can Knaut, étudiant à la Kenneth C. Griffin Graduate School of Arts and Sciences du laboratoire Lukins. Nous appelons cela l’intrication médiée par les photons.
Au cours des dernières années, les chercheurs ont loué de la fibre optique à une entreprise de Boston pour mener leurs expériences, installant leur réseau de démonstration au-dessus de la fibre existante pour indiquer qu’il serait possible de créer un Internet quantique avec des lignes de réseau similaires.
Montrer que les nœuds du réseau quantique peuvent être intriqués dans l’environnement réel d’une zone urbaine très fréquentée est une étape importante vers une mise en réseau pratique entre ordinateurs quantiques, a déclaré Lukin.
Un réseau quantique à deux nœuds n’est qu’un début. Les chercheurs travaillent avec diligence pour étendre les performances de leur réseau en ajoutant des nœuds et en expérimentant davantage de protocoles réseau.
L’article s’intitule Entanglement of Nanophotonic Quantum Memory Nodes in a Telecom Network. Les travaux ont été soutenus par l’alliance de recherche AWS Center for Quantum Networkings avec la Harvard Quantum Initiative, la National Science Foundation, le Center for Ultracold Atoms (un NSF Physics Frontiers Center), le Center for Quantum Networks (un NSF Engineering Research Center), le Bureau de la recherche scientifique de l’Air Force et d’autres sources.