Des chercheurs américains franchissent une nouvelle étape dans la communication quantique

Des chercheurs américains franchissent une nouvelle étape dans la communication quantique

Une équipe de chercheurs du Oak Ridge National Laboratory (ORNL) du Département américain de l’énergie, ainsi que des collègues de l’Université Purdue, ont franchi une étape importante dans le développement de réseaux quantiques en contrôlant la fréquence, ou la couleur, de la lumière.

Cela peut contribuer à la création de réseaux quantiques plus pratiques et à grande échelle, exponentiellement plus puissants et sécurisés que les réseaux classiques que nous avons aujourd’hui.

Plus précisément, l’équipe tire parti des propriétés de la lumière et des principes de la mécanique quantique pour transférer des informations, faisant du réseau lui-même un processeur photonique d’informations quantiques. Cette approche est prometteuse pour plusieurs raisons.

Les photons voyagent à la vitesse de la lumière, ce qui permet aux informations de passer du point A au point B le plus rapidement possible. Les photons n’interagissent généralement pas les uns avec les autres ou avec l’environnement environnant, garantissant ainsi que les informations ne sont pas brouillées ou corrompues en transit.

L’équipe a utilisé la lumière pour produire des qubits avec certaines gammes de fréquences, ou des photons uniques qui résident sur deux fréquences différentes simultanément, pour démontrer pour la première fois des opérations de communication totalement arbitraires dans le codage de fréquence.

Illustration d'un bit quantique, ou Qubit
Illustration représentant le concept de qubit, unité fondamentale de l’informatique quantique

En utilisant une technologie développée à l’ORNL connue sous le nom de processeur de fréquence quantique, les chercheurs ont démontré des portes quantiques largement applicables, c’est-à-dire les opérations logiques nécessaires pour réaliser des protocoles de communication quantique.

Dans ces protocoles, les chercheurs doivent être capables de manipuler les photons d’une manière définie par l’utilisateur, généralement en réponse à des mesures effectuées sur des particules n’importe où dans le réseau.

Considérant que les opérations logiques traditionnelles utilisées dans les ordinateurs classiques et les technologies de communication, telles que ET (ET, combinant deux entrées) et OU (OU, en sélectionnant l’une des deux), fonctionnent par zéros et par uns individuellement, les portes quantiques fonctionnent en chevauchements simultanés de zéros et de uns, protégeant les informations quantiques lors de leur passage, un phénomène nécessaire pour créer un véritable réseau quantique.

En prouvant que sa configuration peut transformer n’importe quel état de qubit en un état de qubit différent, l’équipe a démontré le transfert d’informations dans la pratique. «Si vous pouvez effectuer des opérations arbitraires, vous pouvez faire n’importe lequel des protocoles de communication quantique fondamentaux, comme le routage basé sur la conversion de fréquence», a déclaré Lukens.

C’est l’un des nombreux systèmes différents, mais parmi les plus prometteurs compte tenu des résultats. À titre d’exemple, l’équipe a réussi à démontrer une fidélité de plus de 98% – une mesure quantitative de la précision – en utilisant sa configuration personnalisée.

Votre prochaine expérience consistera à implémenter votre système sur un circuit intégré photonique. «Il existe de nombreuses applications imprévues», a déclaré le chef de projet Joseph Lukens, chercheur à l’ORNL. «Le codage de fréquence est produit naturellement par de nombreux systèmes différents et convient parfaitement à la fibre optique, de sorte que l’espace d’application potentiel doit être large.»

La source: Phys.org

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