Alors que l’informatique quantique fait des progrès technologiques qui permettront son adoption générale, de nombreux domaines de recherche auxiliaires doivent être explorés pour qu’elle soit utilisable dans le monde réel. Des chercheurs en Chine ont maintenant réussi à emmêler deux mémoires quantiques (dispositifs capables de stocker des informations sur les états quantiques pour les récupérer ultérieurement) sur la plus grande distance jamais enregistrée – 12,5 km. Cette étape rapproche le concept d’un Internet quantique de sa concrétisation : un Internet qui permet une communication décentralisée entre les ordinateurs quantiques.
Collaboration avec l’Université des sciences et technologies de Chine et l’Institut de technologie quantique de Jinan (s’ouvre dans un nouvel onglet), les chercheurs ont montré que les mémoires quantiques intriquées pouvaient conserver une cohérence même lorsqu’elles avaient un environnement urbain entre elles. C’est parce qu’il s’agissait déjà d’un élément d’intrication connu – le processus par lequel deux unités quantiques (telles que des qubits ou des mémoires quantiques) sont corrélées de sorte que leurs états – et donc leur contenu – ne peuvent pas être décrits séparément.
Théoriquement, l’enchevêtrement peut être maintenu quelle que soit la distance. Le problème est que la sensibilité des unités quantiques aux perturbations environnementales telles que les interférences électromagnétiques ou thermiques (également appelées bruit) a pour effet secondaire d’effondrer leurs états, entraînant une perte de cohérence et d’intrication – et donc d’informations.
Les chercheurs se sont appuyés sur leurs précédentes expériences de 2020, où ils ont réussi à emmêler deux qubits différents sur 50 km de câblage en fibre optique. Cependant, cet exploit a été réalisé dans le même laboratoire – la fibre a été mise à l’échelle autant que possible sans interférence environnementale brisant l’enchevêtrement du qubit. Cela a également facilité le contrôle de l’environnement du qubit.
Cette évolution de l’effort initial a transféré un photon entre deux laboratoires différents, témoignant des améliorations de la transmission quantique et de la stabilité de l’intrication quantique.
« En 2020, nous avons publié un article dans lequel nous démontrons l’intrication de deux mémoires quantiques via une liaison fibre de 50 km », a déclaré Xiao-Hui Bao, l’un des chercheurs qui a mené l’étude, à Phys.org. « Dans cette expérience, les deux mémoires que nous avons utilisées étaient situées dans un laboratoire et donc pas totalement indépendantes. La prochaine étape de nos recherches a été de rendre les deux mémoires totalement indépendantes tout en plaçant une longue distance entre elles.
Actuellement, la physique exige que les informations quantiques soient toujours envoyées par des méthodes classiques telles qu’un câble à fibre optique. Les chercheurs ont donc créé deux ensembles quantiques (un dans chaque laboratoire). Dans le premier laboratoire, ils ont enchevêtré une mémoire quantique, A, qui a ensuite été frappée avec un laser, lui ajoutant de l’énergie (un processus appelé excitation).
Cet excès d’énergie est immédiatement émis sous forme de photon lorsque la mémoire quantique revient naturellement à son état fondamental. De plus, ces photons sont intrinsèquement intriqués selon la mémoire quantique qui les a émis. Les chercheurs ont ensuite utilisé un câble à fibre optique pour transmettre ce photon émis depuis un nœud d’origine, le nœud 1, à travers les 12,5 km le séparant du nœud de destination, le nœud 2.
Ce photon arrivant dans le nœud 2 signifiait que les chercheurs pouvaient désormais utiliser ses informations d’état quantique pour emmêler une nouvelle mémoire quantique, B. En raison du fait qu’il partage le même état (ou au moins un état équivalent sur le plan corrélationnel) que la mémoire quantique d’origine, le on dit maintenant que deux mémoires quantiques différentes sont intriquées – malgré les 12,5 km qui les séparent.
Transmettre un seul photon à travers 12,5 km de fibre optique sans aucune perte de fidélité n’est pas une mince affaire, surtout si l’on considère le faible niveau d’énergie des photons émis (proche infrarouge, à 725 nm), qui les rend particulièrement sensibles aux interférences provenant de sources d’énergie plus élevées. niveau particules ou ondes. Pour contourner la faible énergie du photon, les chercheurs ont utilisé «la technique de conversion de fréquence quantique pour déplacer la longueur d’onde du photon à 1342 nm à la place, ce qui améliore considérablement l’efficacité de transmission globale.
La recherche favorise l’arrivée d’un Internet quantique – un réseau où les informations quantiques peuvent être envoyées plus efficacement – et de manière plus sûre – d’un nœud à un autre. De plus, comme le photon est si sensible aux interférences extérieures (rappelez-vous le bruit ?), toute personne tentant d’intercepter le photon pour accéder à son contenu le conduirait à s’effondrer, perdant ainsi les informations souhaitées. Cela pourrait conduire à une nouvelle ère de communications quantiques sécurisées.
Cela ouvrirait également la porte au fonctionnement décentralisé des ordinateurs quantiques, qui, au lieu d’être situés dans un seul bâtiment, pourraient désormais suivre une conception distribuée, le même ordinateur quantique transmettant les informations requises d’un nœud à l’autre selon les besoins – un étape remarquable et nécessaire vers un avenir quantique.