En faisant progresser la téléportation quantique, les chercheurs ont établi un nouveau record de vitesse de 7,1 qubits par seconde, en utilisant une technologie innovante et en surmontant les limitations antérieures, marquant ainsi une étape cruciale vers un Internet quantique efficace et de grande envergure.
La téléportation quantique permet le transfert d’informations quantiques vers des endroits distants grâce à l’utilisation de l’intrication quantique et de la communication classique. Ce concept a été réalisé dans divers systèmes de lumière quantique, allant d’expériences en laboratoire à des tests pratiques dans le monde réel. Notamment, en utilisant le satellite Micius en orbite terrestre basse, les scientifiques ont réussi à téléporter des informations quantiques sur des distances supérieures à 1 200 km. Cependant, il n’existe pas encore de système de téléportation quantique dont la vitesse puisse atteindre l’ordre de Hertz. Cela entrave les futures applications de l’Internet quantique.
Progrès dans la vitesse de téléportation
Dans un article publié dans Science de la lumière et applications, une équipe de scientifiques dirigée par le professeur Guangcan Guo et le professeur Qiang Zhou de l’Université des sciences et technologies électroniques de Chine (UESTC) coopérant avec le professeur Lixing You de l’Institut des microsystèmes et des technologies de l’information de Shanghai de l’Académie chinoise de Sciences, ont amélioré le taux de téléportation à 7,1 qubits par seconde pour la première fois sur la base du « No. 1 Internet Quantique Métropolitain de l’UESTC”.
Cela représente un nouveau record pour le système de téléportation quantique à portée métropolitaine.
a, Vue aérienne du système de téléportation. Alice ‘A’ est située dans la salle de commutation du réseau, Bob ‘B’ et Charlie ‘C’ sont situés dans deux laboratoires séparés. Toutes les fibres reliant les trois nœuds appartiennent au réseau fédérateur UESTC. Durant l’expérience, seuls les signaux créés par Alice, Bob et Charlie sont transférés à travers ces fibres « sombres ». b, Schéma du système de téléportation. Alice prépare l’état initial avec une source faiblement cohérente à photon unique et l’envoie à Charlie via un canal quantique. Une source d’intrication chez Bob génère une paire de photons intriqués, puis envoie le photon libre à Charlie via un autre canal quantique. Le photon signal est stocké dans une bobine de fibre. Charlie implémente une mesure conjointe de l’état de Bell (BSM) entre les qubits envoyés par Alice et Bob, les projetant sur l’un des quatre états de Bell. Ensuite, le résultat BSM est envoyé à Bob via un canal classique, qui effectue une transformation unitaire (U) sur le photon signal pour retrouver l’état initial. Crédits : Si Shen, Chenzhi Yuan, Zichang Zhang, Hao Yu, Ruiming Zhang, Chuanrong Yang, Hao Li, Zhen Wang, You Wang, Guangwei Deng, Haizhi Song, Lixing You, Yunru Fan, Guangcan Guo et Qiang Zhou
« Démontrer la téléportation quantique à grande vitesse en dehors d’un laboratoire implique toute une série de défis. Cette expérience montre comment ces défis peuvent être surmontés et constitue donc une étape importante vers le futur Internet quantique », a déclaré le professeur Qiang Zhou, qui est l’auteur correspondant de ce travail. Le principal défi expérimental dans un système de téléportation quantique réel consiste à effectuer la mesure de l’état de Bell (BSM).
Afin d’assurer le succès de la téléportation quantique et d’améliorer l’efficacité du BSM, les photons d’Alice et de Bob doivent être impossibles à distinguer à Charlie après une transmission longue distance dans la fibre. L’équipe a développé un système de rétroaction entièrement opérationnel, qui a permis de stabiliser rapidement la différence de longueur de trajet et la polarisation des photons.
Techniques et équipements innovants
D’autre part, l’équipe a utilisé un seul morceau de guide d’ondes en niobate de lithium à polarisation périodique et à fibre amorce pour générer l’onde intriquée. photon paires. Sur cette base, une source de lumière quantique intriquée de haute qualité avec un taux de répétition de 500 MHz a été développée pour le système de téléportation.
Les barres rouges sont les fidélités mesurées à l’aide de la TVQ. Les barres bleues sont des fidélités obtenues avec DSM. Les deux fidélités des deux méthodes dépassent la limite classique des 2/3, c’est-à-dire la ligne grise en pointillés. Crédits : Si Shen, Chenzhi Yuan, Zichang Zhang, Hao Yu, Ruiming Zhang, Chuanrong Yang, Hao Li, Zhen Wang, You Wang, Guangwei Deng, Haizhi Song, Lixing You, Yunru Fan, Guangcan Guo et Qiang Zhou
Une telle téléportation quantique à grande vitesse basée sur l’optique quantique nécessite les capteurs de photons les plus sensibles afin de collecter autant d’événements que possible. L’équipe dirigée par le professeur Lixing You, ainsi que des collègues de Photon Technology Co., LTD, ont fourni des détecteurs monophotoniques à nanofils supraconducteurs de haute performance pour l’expérience. Bénéficiant de détecteurs présentant une excellente efficacité et presque aucun bruit, une analyse BSM et quantique à haut rendement a été obtenue.
Résultats prometteurs et applications futures
L’équipe a utilisé à la fois la tomographie d’état quantique et des méthodes d’état leurre pour calculer les fidélités de téléportation, qui étaient bien supérieures à la limite classique (66,7 %), confirmant que la téléportation quantique métropolitaine à grande vitesse a été réalisée.
Le non. 1 Metropolitan Quantum Internet of UESTC » devrait développer à l’avenir une infrastructure Internet quantique « à haut débit, haute fidélité, multi-utilisateurs et longue distance » en combinant des sources de lumière quantiques intégrées, des répéteurs quantiques et des nœuds d’information quantique. L’équipe prévoit également que cette infrastructure favorisera davantage l’application pratique de l’Internet quantique.
L’étude a été financée par le programme national de recherche et de développement de Chine, la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine, le programme d’innovation pour la science et la technologie quantiques et le programme scientifique et technologique du Sichuan.
