Les chercheurs de l'Université d'Innsbruck ont créé un système dans lequel les qubits individuels – mis en ions calcium piégés – sont chacun enchevêtrés avec des photons séparés. Démontrant cette méthode pour un registre allant jusqu'à 10 qubits, l'équipe a montré une approche facilement évolutive qui ouvre de nouvelles possibilités pour lier les ordinateurs quantiques et les capteurs quantiques.
L'œuvre est publiée dans Lettres d'examen physique.
Les réseaux quantiques sont souvent décrits comme l'avenir d'Internet, mais au lieu de transmettre des informations classiques en bits, ils envoient des informations quantiques transportées par les photons. Ces réseaux pourraient permettre une communication ultra-sécurisée, relier les ordinateurs quantiques éloignés en une machine unique et beaucoup plus puissante et créer des systèmes de détection de précision qui peuvent mesurer le temps ou les conditions environnementales avec une précision sans précédent.
Pour rendre un tel réseau possible, ce que l'on appelle les nœuds de réseau quantique – qui peuvent stocker des informations quantiques et les partager via des particules légères – sont nécessaires. Dans leurs derniers travaux, l'équipe Innsbruck dirigée par Ben Lanyon au Département de physique expérimentale de l'Université d'Innsbruck a démontré un tel nœud utilisant une chaîne de 10 ions calcium dans un prototype d'ordinateur quantique.
En ajustant soigneusement les champs électriques, les ions ont été déplacés un par un dans une cavité optique. Là, une impulsion laser finement réglée a déclenché l'émission d'un seul photon dont la polarisation était enchevêtrée avec l'état de l'ion.
Le processus a créé un flux de photons, chacun lié à un autre qubit d'ions dans le registre. À l'avenir, les photons pouvaient se déplacer vers des nœuds éloignés et être utilisés pour établir un enchevêtrement entre des dispositifs quantiques séparés. Les chercheurs ont obtenu une fidélité moyenne en intrigue ion-photon de 92%, un niveau de précision qui souligne la robustesse de leur méthode.
« L'une des principales forces de cette technique est son évolutivité », explique Ben Lanyon.
« Alors que des expériences antérieures ont réussi à lier uniquement deux ou trois qubits ioniques à des photons individuels, la configuration Innsbruck peut être étendue à des registres beaucoup plus importants, contenant potentiellement des centaines d'ions et plus. »
Cela ouvre la voie à la connexion de processeurs quantiques entiers entre les laboratoires ou même les continents.
« Notre méthode est une étape vers la construction de réseaux quantiques plus grands et plus complexes », explique Marco Canteri, le premier auteur de l'étude.
« Cela nous rapproche des applications pratiques telles que la communication quantique-sécurisation, l'informatique quantique distribuée et la détection quantique distribuée à grande échelle. »
Au-delà du réseautage, la technologie pourrait également faire progresser les horloges atomiques optiques, qui gardent le temps si précisément qu'ils perdraient moins d'une seconde sur l'âge de l'univers.
Ces horloges pourraient être liées via des réseaux quantiques pour former un système de chronométrage mondial de précision inégalée.
Le travail démontre non seulement une étape technique, mais aussi un élément de construction clé pour la prochaine génération de technologies quantiques.
