L’Internet quantique se rapproche grâce à des percées en matière de mémoire intriquée

Les efforts visant à construire un Internet quantique mondial ont été stimulés par deux développements dans le stockage d’informations quantiques qui pourraient un jour permettre de communiquer en toute sécurité sur des centaines ou des milliers de kilomètres.

L’Internet tel qu’il existe aujourd’hui consiste à envoyer des chaînes de bits numériques, ou des 0 et des 1, sous la forme de signaux électriques ou optiques, pour transmettre des informations. Un Internet quantique, qui pourrait être utilisé pour envoyer des communications inpiratables ou relier des ordinateurs quantiques, utiliserait à la place des bits quantiques. Ceux-ci reposent sur une propriété quantique appelée intrication, un phénomène dans lequel les particules peuvent être liées et la mesure d’une particule influence instantanément l’état d’une autre, quelle que soit leur distance.

L’envoi de ces bits quantiques intriqués, ou qubits, sur de très longues distances, nécessite un répéteur quantique, un élément matériel capable de stocker l’état intriqué en mémoire et de le reproduire pour le transmettre plus tard. Ceux-ci devraient être placés à différents points d’un réseau longue distance pour garantir qu’un signal passe de A à B sans être dégradé.

Les répéteurs quantiques n’existent pas encore, mais deux groupes de chercheurs ont démontré une mémoire intriquée de longue durée dans des réseaux quantiques sur des dizaines de kilomètres, qui sont les caractéristiques clés nécessaires à un tel dispositif.

Can Knaut de l’Université Harvard et ses collègues ont mis en place un réseau quantique composé de deux nœuds séparés par une boucle de fibre optique qui s’étend sur 35 kilomètres à travers la ville de Boston. Chaque nœud contient à la fois un qubit de communication, utilisé pour transmettre des informations, et un qubit de mémoire, qui peut stocker l’état quantique pendant une seconde maximum. Notre expérience nous a vraiment mis dans une position où nous sommes sur le point de travailler sur une démonstration de répéteur quantique, explique Knaut.

Pour établir le lien, Knaut et son équipe ont intriqué leur premier nœud, qui contient un type de diamant percé d’un trou de la taille d’un atome, avec un photon qu’ils ont envoyé à leur deuxième nœud, qui contient un diamant similaire. Lorsque le photon arrive au deuxième diamant, il s’emmêle dans les deux nœuds. Les diamants sont capables de stocker cet état pendant une seconde. Selon Knaut, un répéteur quantique pleinement fonctionnel utilisant une technologie similaire pourrait être démontré dans les prochaines années, ce qui permettrait de créer des réseaux quantiques reliant des villes ou des pays.

Dans des travaux distincts, Xiao-Hui Bao de l’Université des sciences et technologies de Chine et ses collègues ont enchevêtré trois nœuds, chacun séparé d’environ 10 kilomètres dans la ville de Hefei. Bao et ses équipes utilisent des nuages ​​​​surfondus de centaines de millions d’atomes de rubidium pour générer des photons intriqués, qu’ils envoient ensuite à travers les trois nœuds. Le centre des trois nœuds est capable de coordonner ces photons pour relier les nuages ​​d’atomes, qui agissent comme une forme de mémoire.

L’avancée clé du réseau de Bao et de ses équipes consiste à faire correspondre la fréquence des photons se rencontrant au niveau du nœud central, ce qui sera crucial pour les répéteurs quantiques connectant différents nœuds. Bien que la durée de stockage soit inférieure à celle de l’équipe de Knaut, à 100 microsecondes, elle reste suffisamment longue pour effectuer des opérations utiles sur les informations transmises.

Ces démonstrations de mémoire par intrication quantique constituent une grande réussite par rapport à ce qu’étaient les technologies Internet quantiques il y a 10 ans, déclare Mohsen Razavi de l’Université de Leeds, au Royaume-Uni. Cependant, un réseau entièrement fonctionnel doté de répéteurs quantiques nécessitera des taux de génération d’intrication plus élevés, dit-il.

Cela laisse entrevoir la possibilité d’un réseau quantique très évolutif et comptant un grand nombre d’utilisateurs, explique Alex Clark de l’Université de Bristol, au Royaume-Uni. Les taux d’intrication actuels sont très lents et limités par diverses efficacités des systèmes. Il faudra donc faire beaucoup d’ingénierie de réseau quantique et classique pour réduire ces pertes et augmenter ces efficacités.

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