Les scientifiques sauvent les États quantiques dans un diamant, une toute petite étape vers un Internet quantique

Un système nouvellement créé peut améliorer les communications quantiques sur de plus longues distances, une étape petite mais cruciale vers un Internet quantique.

Nous sommes aux premiers stades d’un boom quantique, alors que les chercheurs tentent d’augmenter nos capacités informatiques et de communication avec des systèmes utilisant les mathématiques étranges qui régissent les particules subatomiques. L’un des principaux objectifs de cette ère est la création de réseaux capables de transmettre des informations quantiques à plus grande échelle, ce qui, selon les scientifiques, pourrait conduire à des avancées en matière de cryptographie, de détection ou même de communication quantique distribuée. Mais ce sont principalement des rêves; un tel réseau ne peut pas vraiment exister sans des composants tels que des répéteurs pour étendre la distance que les informations quantiques peuvent parcourir ou des transducteurs qui peuvent convertir les informations quantiques en photons transmissibles. Ce nouvel article rapproche le domaine de l’invention d’un répéteur quantique.

« Les stations de répétition classiques mesurent ce signal et en amplifient une copie », Mihir Bhaskar, étudiant diplômé en physique à Harvard, a déclaré à Gizmodo. «C’est ainsi que toutes les informations parviennent à travers le monde. En construisant un réseau quantique, nous essayons de faire la même chose, mais nous communiquons avec des photons uniques. « 

Aujourd’hui, nos réseaux envoient des informations codées en bits. Mais certains systèmes naturels, comme les photons (particules de lumière) ou les électrons en orbite autour des atomes, peuvent stocker un ensemble d’informations plus riche dans leurs propriétés. Plus important encore, ces systèmes peuvent s’emmêler, de sorte que des mesures répétées à des points éloignés sont plus corrélés que ne le permettrait autrement la probabilité régulière. Les informaticiens quantiques pensent qu’ils pourront un jour utiliser des réseaux utilisant ces attributs pour envoyer des messages non piratables, améliorer les capacités des capteurs ou effectuer des tâches qui n’ont même pas encore été imaginées.

L’un des principaux défis de tout cela est la difficulté d’envoyer des informations quantiques sur de longues distances. Ces informations sont codées en photons uniques, qui peuvent être perdus sur quelques kilomètres de câble à fibre optique. Tout réseau qui espère connles nœuds ect plus éloignés qu’une ville nécessiteraient un répéteur pour amplifier le signal du point A et l’envoyer au point B. Hcependant, comme défi supplémentaire, et contrairement à un répéteur ordinaire, il est impossible de recréer une copie exacte d’un état quantique, car la mesure d’un état quantique le détruit.

Une équipe de Harvard et du MIT a développé un nœud central qui réduit efficacement de moitié la distance qu’un message doit parcourir. Le sytige, tenue à zéro Kelvin presque absolu à l’intérieur d’un réfrigérateur de dilutiontor, se compose d’un diamdeuxième avec une «vacance» produite en remplaçant deux atomes de carbones avec un célibataire ou Individual silicsur l’atome, créant une région qui peut stocker temporairement l’état quantique alimenté par un photon, à l’intérieur d’un réfrigérateur à dilution ultra-froide.

Le système reçoit un photon entrant du point A, stocke ensuite le photon Etat (sans le détruire) lsuffisamment pour recevoir un photon du point B. Après avoir synchronisé et emmêlé suffisamment de ces photons, le nœud central produit une clé sécurisée corrélée entre les deux parties, qui n’a de sens que pour les deux messagers. Ils peuvent ensuite utiliser cette clé pour crypter et décrypter les messages entre eux.

Les chercheurs ont publié leur étude dans la revue Nature.

Ce n’est pas un répéteur qui transmet des informations quantiques directement d’un point A à un point B, a expliqué Bhaskar. Mais c’est un ingrédient manquant clé pour finalement arriver à ce point …une interface intermédiaire entre les informations quantiques stockées sous forme de lumière et un nœud au milieu. Ils travaillent à démontrer qu’ils peuvent envoyer un message à partir du point A au nœud puis au point B, ou même étendre la portée par placing plus de ces unités de diamant entre deux nœuds.

Il y a beaucoup d’autres améliorations qui seront nécessaires avant que cet appareil puisse devenir une partie de la communication quantique à longue distance. Il doit être mis en œuvre entre deux véritablement indparties indépendantes, pas seulement des stations dans un laboratoire. Additionnelly, il fonctionne actuellement sur une longueur d’onde différente de celles qui conviennent le mieux à une utilisation sur des câbles à fibres optiques, et il nécessite un moyen de convertir les signaux en ces longueurs d’onde.

D’autres chercheurs qui n’ont pas participé à l’étude ont applaudi la réussite technique du travail. Barry Sanders, directeur de l’Institut des sciences et technologies quantiques de l’Université de Calgary, a déclaré à Gizmodo qu’il s’agissait d’une «preuve de principe passionnante», non seulement pour la façon dont il a démontré la mémoire quantique, mais a effectué des mesures pour confirmer l’intrication entre le photons. Mais, a-t-il dit, étendre cela à des utilisations plus pratiques est loin.

Un autre chercheur, Prem Kumar, directeur du Center for Photonic Communication and Computing de la Northwestern University (également non impliqué dans l’étude), a convenu qu’il s’agissait d’un travail remarquable et d’une étape cruciale – bien que l’une des nombreuses étapes requises – vers une éventuelle répéteur quantique. Mais il a souligné que tout réseau quantique à part entière est encore loin d’être possible.

Les scientifiques du monde entier travaillent sur divers aspects d’un éventuel Internet quantique. Les chercheurs ont conçu des lignes de fibre optique dans les régions de Chicago et de Boston afin de réaliser plus d’expériences comme cette ovdes distances plus courtes. L’effort quantique de la Chine, dirigé par Jian-Wei Pan de l’Université des sciences et technologies de Chine, a réussi à emmêler les états quantiques stockés sur plus de 50 kilomètres de fil enroulé dans le laboratoire et à emmêler les photons des laboratoires du monde entier avec le Le satellite Micius comme intermédiaire. Mais ce ne sont que des pièces individuelles d’un puzzle beaucoup plus grand qui doivent être intégrées ensemble, avec d’autres problèmes qui doivent être surmontés – comme les transducteurs que j’ai mentionnés plus tôt, qui doivent traduire les informations quantiques stockées dans un processeur quantique en photons qui voyagent sur une fibre .

C’est une avancée qui mérite d’être enthousiasmée, mais comme Kumar l’a dit à Gizmodo, ce n’est qu’à quelques mètres du marathon vers l’internet quantique nébuleux du futur.