En combinant l’émission intriquée démontrée dans cette étude avec le transfert de téléportation quantique démontré précédemment d’un photon à un spin nucléaire dans le diamant, les chercheurs généreront une intrication quantique entre des emplacements éloignés sur la base de la téléportation quantique. Crédit : Université nationale de Yokohama
Les défauts des diamants – défauts atomiques où le carbone est remplacé par de l’azote ou un autre élément – peuvent offrir une interface presque parfaite pour l’informatique quantique, un échange de communications proposé qui promet d’être plus rapide et plus sécurisé que les méthodes actuelles. Il y a cependant un problème majeur : ces défauts, connus sous le nom de centres de vacance d’azote du diamant, sont contrôlés via un champ magnétique, ce qui est incompatible avec les dispositifs quantiques existants. Imaginez essayer de connecter un Altair, un des premiers ordinateurs personnels développé en 1974, à Internet via WiFi. C’est une tâche difficile, mais pas impossible. Les deux technologies parlent des langues différentes, la première étape consiste donc à aider à traduire.
Des chercheurs de l’Université nationale de Yokohama ont développé une approche d’interface pour contrôler les centres de lacunes d’azote du diamant d’une manière qui permet une traduction directe vers des dispositifs quantiques. Ils ont publié leur méthode aujourd’hui (15 décembre 2021) dans Physique des communications.
“Pour réaliser l’Internet quantique, une interface quantique est nécessaire pour générer un enchevêtrement quantique à distance par des photons, qui sont un moyen de communication quantique”, a déclaré l’auteur correspondant Hideo Kosaka, professeur au Quantum Information Research Center, à l’Institut des sciences avancées et au département. de physique, Graduate School of Engineering, tous deux à l’Université nationale de Yokohama. “
L’Internet quantique promis est enraciné dans plus d’un siècle de travaux au cours desquels les chercheurs ont déterminé que les photons sont à la fois des particules et des ondes lumineuses – et que leur état d’onde peut révéler des informations sur l’état de leurs particules et vice versa. Plus que cela, les deux états pourraient s’influencer : pincer l’onde pourrait meurtrir la particule, pour ainsi dire. Leur nature même est enchevêtrée, même sur de grandes distances. L’objectif est de contrôler l’enchevêtrement pour communiquer des données discrètes de manière instantanée et sécurisée.
Des recherches antérieures ont démontré que cet enchevêtrement contrôlé peut être obtenu en appliquant un champ magnétique aux centres de vacance d’azote, a déclaré Kosaka, mais une approche de champ non magnétique est nécessaire pour se rapprocher de la réalisation de l’Internet quantique.
Son équipe a utilisé avec succès des micro-ondes et des ondes polarisées lumineuses pour enchevêtrer un photon émis et des qubits de spin gauche, l’équivalent quantique des bits d’information dans les systèmes classiques. Ces polarisations sont des ondes qui se déplacent perpendiculairement à la source d’origine, comme des ondes sismiques rayonnant horizontalement à partir d’un décalage vertical de faille. En mécanique quantique, la propriété de spin – droitier ou gaucher – du photon détermine comment la polarisation se déplace, ce qui signifie qu’elle est prévisible et contrôlable. De manière critique, selon Kosaka, lors de l’induction d’un enchevêtrement via cette propriété sous un champ non magnétique, la connexion apparaît inébranlable contre d’autres variables.
“La nature géométrique des polarisations nous permet de générer un enchevêtrement quantique à distance qui résiste au bruit et aux erreurs de synchronisation”, a déclaré Kosaka.
Selon Kosaka, son équipe combinera cette approche avec un déjà démontré transfert d’informations quantiques via la téléportation pour générer un enchevêtrement quantique, et l’échange d’informations qui en résulte, entre des emplacements distants. L’objectif final, a déclaré Kosaka, est de faciliter un réseau connecté d’ordinateurs quantiques pour établir un Internet quantique.
“La réalisation d’un Internet quantique permettra la cryptographie quantique, le calcul quantique distribué et la détection quantique sur de longues distances de plus de 1 000 kilomètres”, a déclaré Kosaka.
Référence : « Enchevêtrement géométrique d’un photon et de qubits de spin dans un diamant » 15 décembre 2021, Physique des communications.
DOI : 10.1038 / s42005-021-00767-1
Les autres contributeurs incluent le premier auteur Yuhei Sekiguchi, Institute of Advanced Sciences, Yokohoma National Unviersity; Yuki Yasui, Kazuya Tsurumoto, Yuta Koga et Raustin Reyes, Département de physique, École supérieure d’ingénierie, Université nationale de Yokohama.
La Société japonaise pour la promotion de la science (20H05661, 20K20441), l’Agence japonaise pour la science et la technologie (JPMJCR1773, JPMJMS2062) et le ministère de l’Intérieur et des Communications (JPMI00316) ont soutenu ce travail.
