Dans le domaine de la science de la communication quantique, l’un des défis majeurs a toujours été de prolonger l’état intriqué dans lequel les particules se trouvent. En effet, au fur et à mesure que l’information quantique est portée par ces particules intriquées, la durée de l’enchevêtrement affecte la distance que l’information peut parcourir.

Les systèmes de communication quantique utilisent des connexions directes par fibre optique, qui restent actuellement plutôt limitées car la manière dont les fibres absorbent la lumière peut perturber l’enchevêtrement nécessaire au transport de l’information quantique. Mettre sur pied un véritable Internet quantique, qui consiste essentiellement en un réseau de routeurs quantiques enchevêtrés liés par une fibre capable de stocker des informations quantiques, nécessite une fonction de routeurs capables de stocker et d’envoyer des particules intriquées. C’est ce qu’a mis sur pied une équipe de chercheurs de l’Université de Vienne, en Autriche.

Le dispositif créé par l’équipe est une nanomachine capable de recevoir et de stocker des informations quantiques envoyées par des câbles à fibre optique ordinaires. Il contient une paire de nano-résonateurs de silicium qui utilise la lithographie par faisceau d’électrons et la gravure par ions réactifs au plasma, qui sont de minuscules faisceaux de silicium, vibrant comme une corde de guitare.

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Crédits : Ralf Riedinger

Mais afin que la machine puisse stocker des informations quantiques, les faisceaux de silicium doivent vibrer à une fréquence précise. Cependant, l’équipe de Riedinger est arrivée à la fréquence nécessaire exacte, qui est de 5.1 gigahertz (soit une longueur d’onde d’environ 1553,8 nanomètres), après avoir fabriqué environ 500 de ces résonateurs en silicium et testé chaque puce pour trouver des paires identiques. « Nous trouvons un total de 5 paires remplissant cette condition au sein de 234 appareils testés par puce », expliquent les chercheurs dans le document publié en ligne concernant leur dispositif.

Les deux puces ont été placées dans un réfrigérateur, alors qu’elles restaient reliées entre elles par 70 mètres de câble à fibre optique, couvrant une distance de 20 centimètres. Les deux résonateurs ont ensuite été enchevêtrés avec succès. « Nous créons et démontrons l’enchevêtrement entre deux dispositifs nanomécaniques sur deux puces séparées par 20 cm », écrivent les chercheurs.

Dans leur expérience de démonstration de principe, les chercheurs ont d’abord refroidi les résonateurs à un zéro presque absolu pour les maintenir dans un état fondamental quantique. Afin de générer l’enchevêtrement, ils ont ensuite connecté les résonateurs par un câble à fibre optique contenant des photons à la fréquence de résonance identifiée.

Bien que leurs tests n’aient été effectués que sur 20 centimètres, cette configuration pourrait être considérablement élargie : « Nous ne voyons pas de restrictions supplémentaires pour étendre cela à plusieurs kilomètres et au-delà », a écrit l’équipe de Riedinger. « Le système présenté ici est directement extensible à plus de dispositifs et pourrait être intégré dans un vrai réseau quantique », a ajouté l’équipe.

Pour faire simple, ce qu’ils ont construit est essentiellement un routeur quantique fonctionnel. Un véritable dispositif qui pourrait être crucial dans la réalisation d’un Internet quantique. Mais il y a encore mieux. Selon le MIT Technology Review, ce dispositif pourrait être modifié pour transporter des informations sur les fréquences micro-ondes et donc être connecté avec des ordinateurs quantiques qui fonctionnent sur ces fréquences. « La combinaison de nos résultats avec des dispositifs optomécaniques capables de transférer des informations quantiques du domaine optique au domaine des hyperfréquences pourrait constituer la base d’un futur Internet quantique, utilisant des ordinateurs quantiques à supraconducteurs », ont écrit Riedinger et ses collègues.

L’élaboration d’un Internet quantique pourrait totalement révolutionner notre manière de communiquer (en partie car il serait bien plus sécurisé, notamment grâce à la cryptographie quantique qui rend les messages potentiellement non-piratables). Actuellement, les experts estiment que nous ne sommes qu’à une dizaine d’années de réaliser un réseau quantique fonctionnel et sécurisé.

Sources : arXiv.org, MIT Review Technology

 

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