Un enchevêtrement quantique entre la matière et la lumière envoyé sur 50 km de fibres optiques


“Lorsqu’ils sont partagés entre des sites éloignés, les enchevêtrements ouvrent des possibilités fondamentalement nouvelles pour la science et la technologie. Les réseaux quantiques envisagés utilisent la lumière pour répartir l’enchevêtrement entre leurs nœuds quantiques éloignés basés sur la matière…” écrivent les chercheurs dans leur article.

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Dans un cristal non linéaire éclairé par un laser puissant, la longueur d’onde du photon est convertie en valeur optimale pour les déplacements sur de longues distances. Source : IQOQI Innsbruck/Harald Ritsch

L’Internet quantique promet une communication sans faille, ainsi que de puissants réseaux de capteurs distribués pour les nouvelles sciences et technologies. Cependant, comme les informations quantiques ne peuvent pas être copiées, il n’est pas possible d’envoyer ces informations sur un réseau classique.

Les informations quantiques doivent être transmises par des particules quantiques et des interfaces spéciales sont nécessaires à cet effet.

Des chercheurs du Département de physique expérimentale de l’Université d’Innsbruck et de l’Institut d’optique quantique et d’information quantique à l’Académie des sciences d’Autriche ont réalisé un record en matière de transfert de l’intrication quantique entre la matière et la lumière. Pour la première fois, une distance de 50 kilomètres a été parcourue à l’aide de câbles à fibre optique.

“C’est deux ordres de grandeur de plus que ce qui était possible auparavant et c’est une distance pratique pour commencer à construire des réseaux quantiques interurbains”, a déclaré Ben Lanyon, physicien expérimental basé à Innsbruck, qui étudie ces importantes intersections d’un futur Internet quantique, dans un communiqué de presse.

L’équipe de Lanyon a commencé l’expérience avec un atome de calcium piégé dans un piège à ions. À l’aide de faisceaux laser, les chercheurs écrivent un état quantique sur l’ion et l’excitent simultanément pour émettre un photon dans lequel l’information quantique est stockée. Par conséquent, les états quantiques de l’atome et de la particule de lumière sont enchevêtrés. Mais le défi est de transmettre le photon sur des câbles à fibre optique.

“Le photon émis par l’ion calcium a une longueur d’onde de 854 nanomètres et est rapidement absorbé par la fibre optique”, explique Ben Lanyon.

Son équipe envoie donc d’abord la particule lumineuse à travers un cristal non linéaire éclairé par un laser puissant.

La longueur d’onde du photon est ainsi convertie en la valeur optimale pour les déplacements sur de longues distances : la longueur d’onde standard de télécommunication actuelle de 1550 nanomètres. Les chercheurs d’Innsbruck envoient ensuite ce photon à travers une ligne de fibre optique de 50 kilomètres de long. Leurs mesures montrent que l’atome et la particule de lumière sont toujours enchevêtrés même après la conversion de longueur d’onde et ce long voyage.

Comme prochaine étape, les chercheurs montrent que leurs méthodes permettraient de générer un enchevêtrement entre des ions distants de 100 kilomètres et plus. Deux nœuds envoient chacun un photon enchevêtré sur une distance de 50 kilomètres à une intersection où les particules lumineuses sont mesurées de manière à perdre leur enchevêtrement avec les ions, qui à leur tour les enchevêtrent.

Avec un espacement de 100 kilomètres entre les nœuds, on pourrait donc envisager de construire le premier réseau quantique interurbain lumière-matière dans les années à venir : il suffirait d’une poignée de systèmes ioniques piégés pour établir un Internet quantique entre Innsbruck et Vienne, par exemple, pour le faire.

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Source : MessageToEagle – Traduit par Anguille sous roche

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