Imaginez les avantages si l'ensemble de l'Internet a réalisé une mise à niveau révolutionnaire à la vitesse et à la sécurité. C'est la promesse de l'Internet quantique – un système avancé qui utilise des photons uniques pour fonctionner. Des chercheurs de l'Université de Tohoku ont développé un nouveau routeur photonique qui peut diriger des photons enchevêts uniques et quantiques avec des niveaux d'efficacité sans précédent. Cette progression de l'optique quantique nous rapproche des réseaux quantiques et des technologies photoniques de nouvelle génération devenant une réalité quotidienne.
Les résultats ont été publiés dans Technologies quantiques avancées le 2 septembre 2025.
Les photons sont l'épine dorsale de nombreuses applications quantiques émergentes, de la communication sécurisée aux ordinateurs quantiques puissants. Pour rendre ces technologies pratiques, les photons doivent être acheminés rapidement et de manière fiable, sans perturber les états quantiques délicats qu'ils transportent.
La polarisation, l'orientation du champ électrique d'un photon, est l'un des moyens les plus courants d'encoder des informations quantiques. Cependant, jusqu'à présent, aucun appareil n'a pu acheminer des photons de polarisation arbitraire aux longueurs d'onde de télécommunications avec à la fois une perte faible et une grande fidélité.
L'équipe de recherche dirigée par le professeur Fumihiro Kaneda de la Graduate School of Science de l'Université de Tohoku a surmonté ce défi en développant un nouveau routeur électro-optique. Ce routeur dispose d'un interféromètre compact et spécialement conçu où les chemins optiques forment un parallélogramme au lieu d'un rectangle typique. Cette conception permet le fonctionnement de la polarisation de tous les composants optiques à un angle d'incidence presque normal.
« Cela ne devrait pas être comme un jeu de téléphone cassé où les informations se perdent en cours de route », explique Kaneda. « Essentiellement, notre conception fait en sorte que le signal reçu soit aussi proche que possible du signal envoyé – la polarisation des photons a été conservée avec plus de 99% de fidélité. »
Ces progrès ont abouti à un routeur avec un nombre minimal de composants optiques, réduisant considérablement la perte optique et permettant des performances stables et de haute qualité.
« Il transmet des photons avec seulement 0,06 dB de perte, ce qui n'est qu'environ 1,3% », explique Kaneda,, non seulement il fonctionne efficacement à des vitesses de nanoseconde, mais il est déjà compatible avec les réseaux de télécommunications que nous utilisons aujourd'hui pour Internet. Les résultats de cette recherche fournissent une base précieuse pour le développement de Technologies de réseau quantum pratique. «
Dans une démonstration mondiale d'abord, l'équipe a également réussi à mettre en œuvre avec succès les États enchevêtrés à deux photons – une ressource cruciale pour la détection quantique et les réseaux quantiques – tout en maintenant une visibilité sur les interférences d'environ 97%. Cela montre que le routeur peut gérer non seulement les bits quantiques individuels, mais aussi l'enchevêtrement multiphotonal complexe – une exigence clé pour augmenter les technologies quantiques.
Par rapport aux approches précédentes, qui souffraient souvent de pertes, de bruit ou de distorsion élevées, ce nouvel appareil combine toutes les caractéristiques critiques nécessaires à une utilisation pratique: une perte faible, une vitesse élevée, un fonctionnement sans bruit et une compatibilité avec les réseaux de fibres de télécommunications existants.
