Lumière vive guidée à travers une fibre optique fabriquée à l'Université de Bath. Crédit : Cameron McGarry, Université de Bath
Des physiciens de l’Université de Bath au Royaume-Uni ont développé une nouvelle génération de fibres optiques spécialisées conçues pour répondre aux futurs défis de transfert de données anticipés avec l’essor de l’informatique quantique.
Des physiciens de l'Université de Bath au Royaume-Uni ont développé une nouvelle génération de fibres optiques spécialisées conçues pour répondre aux défis de transfert de données prévus dans le futur. informatique quantique ère.
Les technologies quantiques promettent une puissance de calcul inégalée, qui nous permettra de résoudre des problèmes logiques complexes, de développer de nouveaux médicaments et de fournir des techniques cryptographiques inviolables pour des communications sécurisées. Cependant, les réseaux câblés utilisés aujourd'hui pour transmettre des informations à travers le monde ne sont probablement pas adaptés aux communications quantiques, en raison des cœurs solides de leurs fibres optiques.
Contrairement aux fibres optiques classiques, les fibres spéciales fabriquées à Bath ont un noyau microstructuré, constitué d’un motif complexe de poches d’air s’étendant sur toute la longueur de la fibre.
« Les fibres optiques conventionnelles qui sont le cheval de bataille de nos réseaux de télécommunications actuels transmettent la lumière à des longueurs d’onde entièrement régies par les pertes du verre de silice. Cependant, ces longueurs d’onde ne sont pas compatibles avec les longueurs d’onde opérationnelles du mono-photon « Des sources, des qubits et des composants optiques actifs, nécessaires aux technologies quantiques basées sur la lumière », a déclaré le Dr Kristina Rusimova du Département de physique de Bath.
Le Dr Rusimova et ses collègues décrivent les fibres de pointe fabriquées à Bath, ainsi que d'autres développements récents et futurs dans le domaine émergent de l'informatique quantique, dans un article universitaire publié dans Lettres de physique appliquée Quantum.
Le Dr Rusimova, auteur principal principal de l'article (connu sous le nom de Perspective), a ajouté : « La conception et la fabrication de fibres optiques sont au premier plan des recherches du département de physique de l'université de Bath, et les fibres optiques que nous développons en pensant aux ordinateurs quantiques posent les bases des besoins de transmission de données de demain. »
Intrication quantique
La lumière est un vecteur prometteur pour l’informatique quantique. Les particules de lumière individuelles, appelées photons, possèdent des propriétés quantiques uniques qui peuvent être exploitées par les technologies quantiques.
L'intrication quantique en est un exemple : deux photons séparés par une grande distance détiennent non seulement des informations l'un sur l'autre, mais peuvent aussi influencer instantanément les propriétés de l'autre. Contrairement aux bits binaires des ordinateurs classiques (soit un, soit un zéro), les paires de photons intriqués peuvent en fait exister à la fois sous la forme d'un et de zéro, libérant ainsi une énorme puissance de calcul.
Le Dr Cameron McGarry, jusqu'à récemment physicien à Bath et premier auteur de l'article, a déclaré : « Un Internet quantique est un ingrédient essentiel pour concrétiser les vastes promesses de cette technologie quantique émergente.
« Tout comme l’Internet actuel, un Internet quantique s’appuiera sur des fibres optiques pour transmettre les informations d’un nœud à l’autre. Ces fibres optiques seront probablement très différentes de celles utilisées actuellement et nécessiteront une technologie de support différente pour être utiles. »
Dans leur perspective, les chercheurs discutent des défis associés à l’Internet quantique du point de vue de la technologie de la fibre optique et présentent une série de solutions potentielles pour l’évolutivité d’un réseau quantique robuste et à grande échelle.
Cela comprend à la fois les fibres qui seront utilisées pour les communications longue portée, et les fibres spécialisées qui permettront d’intégrer des répéteurs quantiques directement au réseau afin d’étendre la distance sur laquelle cette technologie peut fonctionner.
Au-delà des nœuds de connexion
Ils décrivent également comment les fibres optiques spécialisées peuvent aller au-delà de la connexion des nœuds d'un réseau pour mettre en œuvre le calcul quantique au niveau des nœuds eux-mêmes en agissant comme sources de photons uniques intriqués, de convertisseurs de longueur d'onde quantiques, de commutateurs à faible perte ou de récipients pour mémoires quantiques.
Le Dr McGarry a déclaré : « Contrairement aux fibres optiques qui sont utilisées de manière standard pour les télécommunications, les fibres spéciales qui sont couramment fabriquées à Bath ont un noyau microstructuré, constitué d'un motif complexe de poches d'air qui s'étendent sur toute la longueur de la fibre.
« La configuration de ces poches d’air permet aux chercheurs de manipuler les propriétés de la lumière à l’intérieur de la fibre et de créer des paires de photons enchevêtrés, de modifier la couleur des photons ou même de piéger des atomes individuels à l’intérieur des fibres. »
« Les chercheurs du monde entier réalisent des avancées rapides et passionnantes dans les capacités des fibres optiques microstructurées d’une manière qui intéresse l’industrie », a déclaré le Dr Kerrianne Harrington, chercheuse postdoctorale au Département de physique.
« Notre perspective décrit les avancées passionnantes de ces nouvelles fibres et la manière dont elles pourraient être bénéfiques pour les futures technologies quantiques. »
Le Dr Alex Davis, membre du programme EPSRC Quantum Career Acceleration Fellow à Bath, a ajouté : « C'est la capacité des fibres à confiner étroitement la lumière et à la transporter sur de longues distances qui les rend utiles.
« En plus de générer des photons intriqués, cela nous permet de générer des états quantiques de lumière plus exotiques avec des applications dans l'informatique quantique, la détection de précision et le cryptage de messages imprenables. »
L’avantage quantique – la capacité d’un dispositif quantique à effectuer une tâche plus efficacement qu’un ordinateur classique – n’a pas encore été démontré de manière concluante. Les défis technologiques identifiés dans cette perspective devraient ouvrir de nouvelles voies à la recherche quantique et nous rapprocher de cette étape importante. Les fibres optiques fabriquées à Bath devraient contribuer à jeter les bases des ordinateurs quantiques de demain.
