Des chercheurs de Waterloo fusionnent la physique et la chimie, lauréates du prix Nobel, pour améliorer l’efficacité et la sécurité des communications quantiques. Crédit : Issues.fr.com
Université de Waterloo les chercheurs combinent des concepts lauréats du prix Nobel pour réaliser des percées scientifiques.
Des chercheurs de l’Institut d’informatique quantique (IQC) de l’Université de Waterloo ont réuni deux concepts de recherche lauréats du prix Nobel pour faire progresser le domaine de la communication quantique.
Les scientifiques peuvent désormais produire efficacement des particules intriquées presque parfaites. photon paires provenant de sources de points quantiques.
Les photons intriqués sont des particules de lumière qui restent connectées, même sur de grandes distances, et le prix Nobel de physique 2022 a récompensé les expériences sur ce sujet. En combinant l’intrication avec les points quantiques, une technologie récompensée par le prix Nobel de chimie en 2023, l’équipe de recherche de l’IQC visait à optimiser le processus de création de photons intriqués, qui ont une grande variété d’applications, notamment des communications sécurisées.
Améliorer l’efficacité quantique et l’intrication
« La combinaison d’un degré élevé d’intrication et d’une efficacité élevée est nécessaire pour des applications passionnantes telles que la distribution de clés quantiques ou les répéteurs quantiques, qui devraient étendre la distance de communication quantique sécurisée à l’échelle mondiale ou relier des ordinateurs quantiques distants », a déclaré le Dr. Michael Reimer, professeur à l’IQC et au Département de génie électrique et informatique de Waterloo. « Les expériences précédentes mesuraient uniquement soit un enchevêtrement quasi parfait, soit un rendement élevé, mais nous sommes les premiers à répondre à ces deux exigences avec un point quantique. »
La source de photons intriqués, un point quantique à base d’indium intégré dans un nanofil semi-conducteur (à gauche), et une visualisation de la manière dont les photons intriqués sont efficacement extraits du nanofil. Crédit : Université de Waterloo
En intégrant des points quantiques semi-conducteurs dans un nanofil, les chercheurs ont créé une source qui crée des photons intriqués presque parfaits 65 fois plus efficacement que les travaux précédents. Cette nouvelle source, développée en collaboration avec le Conseil national de recherches du Canada à Ottawa, peut être excitée par des lasers pour générer sur commande des paires intriquées. Les chercheurs ont ensuite utilisé des détecteurs de photons uniques haute résolution fournis par Single Quantum aux Pays-Bas pour augmenter le degré d’intrication.
Surmonter les défis historiques et les applications futures
« Historiquement, les systèmes de points quantiques étaient confrontés à un problème appelé division de structure fine, qui provoque l’oscillation d’un état intriqué au fil du temps. Cela signifiait que les mesures prises avec un système de détection lent empêcheraient la mesure de l’enchevêtrement », a déclaré Matteo Pennacchietti, étudiant au doctorat à l’IQC et au Département de génie électrique et informatique de Waterloo. « Nous avons surmonté ce problème en combinant nos points quantiques avec un système de détection très rapide et précis. Nous pouvons essentiellement prendre un horodatage de ce à quoi ressemble l’état intriqué à chaque point des oscillations, et c’est là que nous obtenons l’intrication parfaite.
Pour présenter les futures applications de communication, Reimer et Pennacchietti ont travaillé avec Norbert Lütkenhaus et Thomas Jennewein, tous deux membres du corps professoral de l’IQC et professeurs au Département de physique et d’astronomie de Waterloo, et leurs équipes. À l’aide de leur nouvelle source d’intrication de points quantiques, les chercheurs ont simulé une méthode de communication sécurisée connue sous le nom de distribution de clés quantiques, prouvant que la source de points quantiques est très prometteuse pour l’avenir des communications quantiques sécurisées.
Cette recherche, « Oscillating photonic Bell state from a semiconductor quantum dot for quantum key distribution », a été récemment publiée dans Physique des communications par Pennacchietti, Reimer, Jennewein, Lütkenhaus, Brady Cunard, Shlok Nahar et Sayan Gangopadhyay de l’IQC, aux côtés de leurs collaborateurs Dr Mohd Zeeshan, Dr Philip Poole, Dr Dan Dalacu, Dr Andreas Fognini, Dr Klaus Jöns et Docteur Val Zwiller.
