Enregistrer l’intrication des mémoires quantiques —


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  • Des chercheurs du LMU et de l’Université de la Sarre ont enchevêtré deux mémoires quantiques sur une connexion à fibre optique de 33 kilomètres de long – un record et une étape importante vers l’internet quantique.

    Un réseau dans lequel la transmission des données est parfaitement sécurisée contre le piratage ? Si les physiciens réussissent, cela deviendra un jour une réalité grâce au phénomène de mécanique quantique connu sous le nom d’intrication. Pour les particules intriquées, la règle est la suivante : Si vous mesurez l’état de l’une des particules, alors vous connaissez automatiquement l’état de l’autre. Peu importe la distance qui sépare les particules intriquées. Il s’agit d’une situation idéale pour transmettre des informations sur de longues distances d’une manière qui rend l’écoute indiscrète impossible.

    Une équipe dirigée par les physiciens, le professeur Harald Weinfurter du LMU et le professeur Christoph Becher de l’Université de la Sarre, vient de coupler deux mémoires quantiques atomiques sur une connexion à fibre optique de 33 kilomètres de long. Il s’agit de la distance la plus longue à ce jour que quiconque ait jamais réussi à s’emmêler via une fibre de télécommunication. L’intrication mécanique quantique est médiée par les photons émis par les deux mémoires quantiques. Une étape décisive a été le déplacement par les chercheurs de la longueur d’onde des particules lumineuses émises vers une valeur utilisée pour les télécommunications conventionnelles. « Ce faisant, nous avons pu réduire considérablement la perte de photons et créer des mémoires quantiques intriquées, même sur de longues distances de câble à fibre optique », explique Weinfurter.

    De manière générale, les réseaux quantiques sont constitués de nœuds de mémoires quantiques individuelles, tels que des atomes, des ions ou des défauts dans les réseaux cristallins. Ces nœuds sont capables de recevoir, de stocker et de transmettre des états quantiques. La médiation entre les nœuds peut être réalisée à l’aide de particules lumineuses qui sont échangées soit par voie aérienne, soit de manière ciblée via une connexion par fibre optique. Pour leur expérience, les chercheurs utilisent un système composé de deux atomes de rubidium piégés optiquement dans deux laboratoires du campus du LMU. Les deux sites sont reliés par un câble à fibre optique de 700 mètres de long, qui passe sous la place Geschwister Scholl devant le bâtiment principal de l’université. En ajoutant des fibres supplémentaires sur les bobines, des connexions allant jusqu’à 33 kilomètres de longueur peuvent être réalisées.

    Une impulsion laser excite les atomes, après quoi ils retombent spontanément dans leur état fondamental, chacun émettant ainsi un photon. En raison de la conservation du moment cinétique, le spin de l’atome est intriqué avec la polarisation de son photon émis. Ces particules légères peuvent ensuite être utilisées pour créer un couplage mécanique quantique des deux atomes. Pour ce faire, les scientifiques les ont envoyés via le câble à fibre optique vers une station réceptrice, où une mesure conjointe des photons indique un enchevêtrement des mémoires quantiques.

    Cependant, la plupart des mémoires quantiques émettent de la lumière avec des longueurs d’onde dans le visible ou le proche infrarouge. « Dans la fibre optique, ces photons parcourent quelques kilomètres avant d’être perdus », explique Christoph Becher. Pour cette raison, le physicien de Sarrebruck et son équipe ont optimisé la longueur d’onde des photons pour leur parcours dans le câble. À l’aide de deux convertisseurs de fréquence quantiques, ils ont augmenté la longueur d’onde d’origine de 780 nanomètres à une longueur d’onde de 1 517 nanomètres. « C’est proche de la soi-disant longueur d’onde des télécommunications d’environ 1 550 nanomètres », explique Becher. La bande télécom est la gamme de fréquences dans laquelle la transmission de la lumière dans la fibre optique présente les pertes les plus faibles. L’équipe de Becher a réalisé la conversion avec une efficacité sans précédent de 57 %. Dans le même temps, ils ont réussi à préserver à un degré élevé la qualité de l’information stockée dans les photons, condition du couplage quantique.

    « La signification de notre expérience est que nous enchevêtrons en fait deux particules stationnaires, c’est-à-dire des atomes qui fonctionnent comme des mémoires quantiques », explique Tim van Leent, auteur principal de l’article. « C’est beaucoup plus difficile que d’intriquer des photons, mais cela ouvre de nombreuses autres possibilités d’application. » Les chercheurs pensent que le système qu’ils ont développé pourrait être utilisé pour construire des réseaux quantiques à grande échelle et pour la mise en œuvre de protocoles de communication quantique sécurisés. « L’expérience est une étape importante sur la voie de l’internet quantique basé sur l’infrastructure de fibre optique existante », déclare Harald Weinfurter.

    Source de l’histoire :

    Matériaux fourni par Ludwig-Maximilians-Universität München. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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