Des chercheurs démontrent une téléportation quantique haute-fidélité

La téléportation quantique est essentielle pour de nombreuses technologies d’information quantique, y compris les réseaux quantiques à longue distance. À l’aide de dispositifs couplés à des fibres, y compris des détecteurs monophotoniques à nanofils supraconducteurs à faible bruit et des optiques disponibles dans le commerce, des scientifiques du Fermilab, de Caltech, d’AT&T, du Jet Propulsion Laboratory de la NASA, de l’Université de Calgary et de l’Université Harvard ont démontré la téléportation soutenue et à longue distance (44 km de fibre) de qubits photoniques à la longueur d’onde de télécommunication de 1 536,5 nm avec une fidélité de pointe (> ; 90%).

Diagramme schématique du système de téléportation quantique comprenant Alice, Bob, Charlie et les sous-systèmes d'acquisition de données (DAQ). Crédit image : Valivarthi et al, doi : 10.1103/PRXQuantum.1.020317.

Diagramme schématique du système de téléportation quantique comprenant Alice, Bob, Charlie et les sous-systèmes d’acquisition de données (DAQ). Crédit image : Valivarthi et al., doi : 10.1103/PRXQuantum.1.020317.

La téléportation quantique est l’une des prédictions les plus captivantes de la théorie quantique. Elle a été largement étudiée depuis ses démonstrations séminales il y a plus de 20 ans.

Cela est dû à ses liens avec la physique fondamentale et à son rôle central dans la réalisation de la technologie de l’information quantique, comme les ordinateurs et les réseaux quantiques.

Le but d’un réseau quantique est de distribuer des qubits entre différents endroits, une tâche essentielle pour la cryptographie quantique, le calcul quantique distribué et la détection.

On s’attend à ce qu’un réseau quantique fasse partie d’un futur Internet quantique : un ensemble mondialement distribué de processeurs quantiques, de capteurs ou d’utilisateurs de ceux-ci qui sont mutuellement connectés sur un réseau capable d’allouer des ressources quantiques entre différents endroits.

De nombreuses architectures de réseaux quantiques nécessitent une téléportation quantique, comme les réseaux en étoile qui distribuent l’intrication à partir d’un emplacement central ou les répéteurs quantiques qui surmontent le compromis taux-perte de la transmission directe de qubits.

“Nous sommes ravis de ces nouveaux résultats. Il s’agit d’une réalisation clé sur la voie de la construction d’une technologie qui redéfinira la façon dont nous menons la communication mondiale”, a déclaré le co-auteur, le Dr Panagiotis Spentzouris, chef du programme de science quantique de Fermilab.

Les chercheurs ont effectué les mesures sur les bancs d’essai du réseau quantique de Caltech et du Fermilab (CQNET, FQNET), deux systèmes de téléportation construits par le programme de recherche public-privé multidisciplinaire et multi-institutionnel de Caltech sur les réseaux et technologies quantiques intelligents (IN-Q-NET).

Ces bancs d’essai uniques de réseaux quantiques utilisent des détecteurs de lumière à l’état solide de pointe dans une configuration compacte à base de fibres et permettent l’acquisition, le contrôle, la surveillance, la synchronisation et l’analyse de données de manière quasi-autonome.

Les systèmes de téléportation, qui sont compatibles à la fois avec les infrastructures de télécommunication existantes et avec les dispositifs de traitement et de stockage quantiques émergents, représentent une étape importante vers un Internet quantique pratique.

Ces réseaux sont actuellement utilisés pour améliorer la fidélité et le taux de distribution de l’intrication, en mettant l’accent sur les protocoles de communication quantique complexes et la science fondamentale.

“Nous sommes très fiers d’avoir atteint cette étape importante sur les systèmes de téléportation quantique durables, performants et évolutifs”, a déclaré l’auteur principal, le professeur Maria Spiropulu, chercheuse à la Division de la physique, des mathématiques et de l’astronomie et à l’Alliance pour les technologies quantiques à Caltech, et directrice du programme de recherche IN-Q-NET.

“Les résultats seront encore améliorés grâce aux mises à niveau du système que nous prévoyons d’achever d’ici le deuxième trimestre 2021.”

“Cet exploit témoigne du succès de la collaboration entre les disciplines et les institutions, qui est à l’origine d’une grande partie de ce que nous accomplissons en science”, a ajouté le Dr Joe Lykken, directeur adjoint de la recherche au Fermilab.

“Je félicite l’équipe IN-Q-NET et nos partenaires universitaires et industriels pour cette réalisation inédite en matière de téléportation quantique.”

Les travaux de l’équipe ont été publiés dans la revue PRX Quantum.

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