Les chercheurs de l'UBC proposent une solution à un obstacle clé dans la mise en réseau quantique: un appareil qui peut « traduire » le micro-ondes en signaux optiques et vice versa.
La technologie pourrait servir de traducteur universel pour les ordinateurs quantiques – leur permettant de se parler sur de longues distances et de convertir jusqu'à 95% d'un signal sans aucun bruit. Et tout s'adapte à une puce de silicium, le même matériau trouvé dans les ordinateurs de tous les jours.
« C'est comme trouver un traducteur qui obtient presque chaque mot, maintient le message intact et n'ajoute aucun bavardage de fond », explique l'auteur de l'étude Mohammad Khalifa, qui a mené la recherche pendant son doctorat. à la Faculté des sciences appliqués de l'UBC et au Stewart Blusson Quantum Matter Institute (SBQMI).
« Plus important encore, cet appareil préserve les connexions quantiques entre les particules éloignées et fonctionne dans les deux sens. Sans cela, vous auriez juste des ordinateurs individuels coûteux. Avec lui, vous obtenez un véritable réseau quantique. »
Comment ça marche
Les ordinateurs quantiques traitent les informations à l'aide de signaux micro-ondes. Mais pour envoyer ces informations sur les villes ou les continents, il doit être converti en signaux optiques qui se déplacent à travers des câbles à fibre optique. Ces signaux sont si fragiles, voire de minuscules perturbations pendant la traduction peuvent les détruire.
C'est un problème pour l'intrication, les ordinateurs quantiques du phénomène reposent, où deux particules restent connectées quelle que soit la distance. Einstein l'a appelé « l'action effrayante à distance ». Perdre cette connexion signifie perdre l'avantage quantique. Le dispositif UBC, décrit dans une étude publiée dans Informations quantiques NPJpourrait permettre une communication quantique longue distance tout en préservant ces liens enchevêtrés.
La solution de silicium
Le modèle de l'équipe est un convertisseur de photons micro-ondes optique qui peut être fabriqué sur une tranche de silicium. La percée réside dans de minuscules défauts d'ingénierie, des défauts magnétiques intentionnellement intégrés dans le silicium pour contrôler ses propriétés. Lorsque les signaux micro-ondes et optiques sont réglés avec précision, les électrons de ces défauts convertissent un signal à l'autre sans absorber l'énergie, évitant l'instabilité qui afflige d'autres méthodes de transformation.
L'appareil s'exécute également efficacement à une puissance extrêmement faible – juste des millions de watt. Les auteurs ont décrit une conception pratique qui utilise des composants supraconducteurs, des matériaux qui conduisent parfaitement l'électricité, aux côtés de ce silicium spécialement conçu.
Bien que le travail soit toujours théorique, il marque une étape importante dans le réseau quantique.
« Nous n'obtenons pas d'Internet quantique demain, mais cela efface un barrage routier majeur », a déclaré l'auteur principal de l'étude, le Dr Joseph Salfi, professeur adjoint au Département de génie électrique et informatique et chercheur principal chez SBQMI.
« Actuellement, l'envoi de manière fiable des informations quantiques entre les villes reste difficile. Notre approche pourrait changer cela: les convertisseurs à base de silicium pourraient être construits en utilisant la technologie de fabrication des puces existants et facilement intégrée dans l'infrastructure de communication d'aujourd'hui. »
Finalement, les réseaux quantiques pourraient permettre une sécurité en ligne pratiquement incassable, un GPS qui fonctionne à l'intérieur, et le pouvoir de résoudre les problèmes au-delà de la portée d'aujourd'hui, comme la conception de nouveaux médicaments ou la prévision des conditions météorologiques avec une précision considérablement améliorée.
