Promettant un niveau de sécurité inégalé, l’internet quantique se rapproche à petits pas de la réalité. Récemment, des chercheurs ont réalisé d’importantes avancées dans le maintien de l’intrication quantique, qui pourraient découler sur le premier répéteur quantique, indispensable au fonctionnement d’un réseau quantique.
Aussi appelée enchevêtrement quantique, l’intrication quantique désigne un type de lien qui permet à des particules de rester corrélées de façon que l’état quantique de l’une affecte instantanément celui de l’autre, indépendamment de la distance qui les sépare. Ce phénomène est la base de l’internet quantique, dont la mise au point est actuellement au cœur de nombreuses recherches. Parmi les défis majeurs de la mise au point de cet internet du futur, il y a le répéteur quantique. Il s’agit d’un dispositif essentiel pour maintenir l’intégrité des informations transmises à travers le réseau.
Il faut savoir que dans un réseau classique, les signaux qui parcourent de longues distances doivent être régulièrement amplifiés pour compenser les pertes en cours de transmission. Cependant, dans un réseau quantique, ce processus d’amplification détruirait l’état des particules. C’est là que le répéteur quantique doit entrer en jeu. Cependant, jusqu’ici, aucune équipe de recherche n’est parvenue à concevoir ne serait-ce qu’un modèle théorique viable. Deux récentes études, publiées dans la revue Nature, proposent enfin une architecture plausible pour un tel dispositif.
Vers le développement d’un répéteur quantique
Les répéteurs quantiques fonctionnent théoriquement comme des relais intermédiaires placés entre les stations de communication d’un réseau quantique. Leur mode de fonctionnement inclut plusieurs étapes, en commençant par la réception de signaux quantiques, typiquement des photons qui servent de qubits (bits quantiques). Ces informations sont ensuite temporairement stockées dans une mémoire quantique permettant de préserver l’état des qubits durant leur transmission.
Un répéteur est également chargé de mener des opérations destinées à améliorer la qualité des signaux et à détecter toute tentative d’interception. Après le stockage et le traitement, les signaux sont finalement transmis à la station de communication quantique suivante.
Les récentes avancées ont permis d’améliorer significativement l’étape de stockage des informations quantiques. Bien que la durée de mémorisation reste de l’ordre de la seconde ou inférieure, ces progrès représentent tout de même un pas de plus vers la conception des répéteurs quantiques.
Mémoriser les états quantiques avec des diamants et des atomes de rubidium
La première étude, conduite par des chercheurs de Harvard, a porté sur la construction d’un réseau quantique expérimental avec deux nœuds distants de 35 kilomètres et reliés par une fibre optique. Chaque nœud comprenait un diamant présentant une cavité à l’échelle atomique permettant de stocker des états quantiques. L’objectif de l’expérience était de maintenir l’enchevêtrement quantique entre ces deux points. Pour y parvenir, les chercheurs ont d’abord intriqué le premier nœud avec un photon, avant de l’envoyer au second nœud où il devait interagir avec l’autre diamant. Cette interaction a permis de maintenir les deux diamants dans un état intriqué pendant une seconde, un laps de temps suffisant pour réaliser des opérations ou des transmissions supplémentaires, selon les chercheurs.
La seconde étude, réalisée à l’Université des sciences et technologies de Chine, impliquait cette fois-ci trois nœuds espacés de quelques dizaines de kilomètres. À la place des diamants, chaque nœud consistait en un nuage d’atomes de rubidium surfondus (un état obtenu après avoir été soumis à des températures proches du zéro absolu) et servait à la fois de mémoire de stockage et de générateur de photons intriqués. Ces photons étaient échangés entre les nœuds, maintenant ainsi leur intrication pendant 100 microsecondes. Pour optimiser la conservation de l’enchevêtrement à travers le réseau, un nœud central était dédié à la synchronisation des fréquences de l’ensemble des photons.