La téléportation quantique d’un état d’entrée inconnu d’une source extérieure vers un nœud quantique est considérée comme l’un des éléments clés des protocoles de communication quantique à longue distance. Elle a déjà été démontrée avec des systèmes quantiques photoniques purs ainsi que des systèmes de spin atomiques et à l’état solide reliés par des canaux photoniques. Aujourd’hui, une équipe de chercheurs des Pays-Bas, du Brésil et de Chine a démontré la téléportation quantique d’un état d’entrée optique codé par polarisation sur l’état conjoint d’une paire de résonateurs nanomécaniques.
Représentation schématique des étapes clés du protocole de téléportation et de sa vérification : (1) réalisation d’une source EPR : la diffusion Stokes d’une paire de nanofaisceaux donne lieu à un état enchevêtré entre l’état de polarisation des photons et l’état de la population de phonons dans les nanofaisceaux ; (2) un état d’entrée arbitraire est codé dans la base de polarisation d’un état cohérent faible ; (3) un BSM de la polarisation téléporte l’état d’entrée sur l’état de la mémoire mécanique conjointe ; (4) une courte impulsion anti-Stokes renvoie l’état téléporté (ψout) sur la polarisation des photons pour vérification. Crédit image : Fiaschi et al., doi : 10.1038/s41566-021-00866-z.
” L’utilisation de dispositifs optomécaniques est une percée car ils peuvent être conçus pour fonctionner à n’importe quelle longueur d’onde optique, y compris les longueurs d’onde des fibres de télécommunication infrarouges à faible perte “, a déclaré le Dr Simon Gröblacher, chercheur à l’Institut Kavli de nanoscience et au Département de nanoscience quantique de l’Université de technologie de Delft.
“C’est cette longueur d’onde qui donne lieu à la perte de transmission la plus faible, permettant ainsi la plus grande distance entre les nœuds de répéteurs.”
“Cette étape importante a été possible grâce à la qualité et à la flexibilité de nos systèmes optomécaniques nanofabriqués, qui, contrairement à la plupart des autres systèmes quantiques, permettent de concevoir indépendamment les propriétés optiques. Un futur internet quantique utilisera sans aucun doute le réseau de télécommunication existant à cette longueur d’onde.”
Dans leurs expériences, le Dr Gröblacher et ses collègues ont créé un qubit photonique codé par polarisation dans un état quantique arbitraire.
Ils ont ensuite transporté ce photon sur des dizaines de mètres de fibre optique et l’ont téléporté sur leur mémoire quantique composée de deux résonateurs mécaniques massifs en silicium – chacun mesurant environ 10 micromètres et étant constitué de dizaines de milliards d’atomes.
L’information quantique était stockée dans le sous-espace à excitation unique des deux résonateurs.
Pour tester la fiabilité du processus, les chercheurs ont également démontré qu’ils pouvaient récupérer fidèlement cet état téléporté de la mémoire.
“Nous devons maintenant améliorer encore les performances pour atteindre le niveau requis pour un système qui peut être déployé dans une application réelle, par exemple en augmentant les taux de répétition, les fidélités et le taux de réussite de la téléportation et du stockage des qubits”, a déclaré le Dr Gröblacher.
“Une des voies sera de concevoir des systèmes optomécaniques qui résistent à l’absorption optique parasite”, a déclaré le Dr Thiago Alegre, chercheur à l’Université de Campinas.
“Cela peut être réalisé grâce à la flexibilité de ces dispositifs nanofabriqués”.
Cette recherche est un grand pas vers la vision de l’équipe d’un futur internet quantique hybride.
“Nous travaillons vers un réseau hétérogène où vous avez divers systèmes physiques communiquant et réalisant différentes fonctionnalités”, a déclaré le Dr Gröblacher.
“Vous pouvez avoir des nœuds répétiteurs quantiques optomécaniques connectés à un ordinateur quantique ou à une mémoire constituée de qubits supraconducteurs ou de systèmes quantiques de spin, respectivement.”
“Tous ces éléments devront être compatibles entre eux et fonctionner à la même longueur d’onde afin de transférer fidèlement les informations quantiques.”
L’étude a été publiée dans la revue Nature Photonics.
