Les technologies quantiques sont des systèmes qui peuvent calculer les données, détecter leur environnement environnant ou effectuer d'autres fonctions en tirant parti des effets mécaniques quantiques. La connexion de ces technologies sur de longues distances s'est jusqu'à présent avérée difficile, car les informations quantiques peuvent facilement devenir brouillées ou détruites après la décohérence résultant des interactions des systèmes avec leur environnement environnant.
Au cours des dernières années, les physiciens et ingénieurs quantiques ont essayé de concevoir des techniques efficaces pour établir de manière fiable des réseaux quantiques, des infrastructures qui permettent aux informations quantiques de voyager entre différents appareils.
La réalisation de ces réseaux nécessite des relais quantiques dits, des stations intermédiaires qui peuvent transmettre et redistribuer les états enchevêtrés, étendant les distances sur lesquelles les appareils peuvent communiquer.
Des chercheurs de l'Université des sciences et de la technologie de Chine ont récemment développé une nouvelle architecture de relais intermédiaire qui pourrait être plus évolutive que les autres relais introduits dans des études antérieures. Cette architecture, décrite dans un article publié dans Physique de la natureleur a permis de réaliser des communications quantiques sécurisées entre des appareils à 300 km.
« Notre travail a été inspiré par des progrès récents dans la distribution quantique indépendante de la mesure (MDI-QKD), en particulier le schéma de poitrine de mode, qui a démontré le potentiel de briser la limite de taux linéaire et d'améliorer considérablement le rapport signal / bruit dans la communication quantique », a déclaré Xiongfeng MA, co-sennior auteur du document, a déclaré Phys.Org.
« Cela a soulevé une question centrale pour nous: pourrions-nous étendre ce concept en introduisant des nœuds quantiques supplémentaires pour améliorer encore les performances? »
Alors que les répéteurs quantiques en principe devraient être faciles à évoluer, la plupart des systèmes de communication quantiques proposés jusqu'à présent reposent sur des souvenirs quantiques, des dispositifs de stockage de données qui n'ont pas encore atteint les résultats qui permettraient à leur déploiement du monde réel. Dans le cadre de leur étude, MA et ses collègues ont ainsi exploré une approche alternative, qui implique l'utilisation d'une source à photon unique comme relais quantique.
« Notre objectif principal était de concevoir une architecture de réseau quantique modulaire et évolutive qui exploite des sources à photons uniques avec des mesures basées sur les interférences », a déclaré Yang Lu.
« Cette approche permet une communication quantique longue distance sans s'appuyer sur des souvenirs quantiques. Le résultat est un réseau de cinq nœuds avec trois nœuds intermédiaires non fiables, démontrant une sécurité, une flexibilité et un potentiel améliorés pour le déploiement du monde réel. »
L'architecture envisagée par les chercheurs ne permettait que les communications quantiques sur de longues distances si elle était soutenue par une source à photon unique de haute qualité. Il s'agit essentiellement d'un appareil qui peut libérer de manière fiable un photon (c.-à-d. Les particules légères) à la fois, assurant le transfert précis des informations sur un réseau.
Pour réaliser leur architecture de réseau quantique, MA et leurs collègues ont utilisé une source de photons à un seul photon de pointe qu'ils avaient introduite dans l'un de leurs articles précédents.
85%) entre des photons uniques et des impulsions cohérentes, une exigence critique pour un fonctionnement fiable du relais quantique. Crédit: Nature Physics (DOI: 10.1038 / S41567-025-03005-5. »>« Notre architecture se compose de cinq nœuds », a expliqué Ma. « Il s'agit notamment de deux utilisateurs finaux (Alice et Bob) codant pour des informations quantiques sur des impulsions de lumière cohérentes, une source centrale à photon émettant des photons divisés en deux chemins et deux nœuds de mesure où les photons uniques interfèrent avec les impulsions d'Alice et Bob.
« Les résultats d'interférence sont détectés par des détecteurs à photons uniques, permettant le transfert d'informations quantiques via post-sélection. »
La nouvelle architecture des communications quantiques introduite par cette équipe de chercheurs présente des avantages notables par rapport aux autres solutions introduites dans le passé. Premièrement, ils ont constaté que leur architecture améliore le rapport signal / bruit, car les photons parcouraient des distances plus courtes à travers le réseau, ce qui améliore sa fiabilité.
« D'autres avantages de notre architecture sont sa modularité et son évolutivité, car elle permet l'intégration transparente de nœuds supplémentaires pour étendre le réseau », a déclaré Teng-Yun Chen.
« De plus, les relais intermédiaires n'ont pas besoin d'être sécurisés, réduisant considérablement le coût et la complexité de déploiement.
Avec leur source à photon unique, MA et leurs collègues ont démontré une interférence de haute qualité entre les photons uniques et les états cohérents dans un système de communication quantique.
Notamment, c'est la première fois qu'une telle interférence est utilisée avec succès pour relayer les informations quantiques. Le travail de cette équipe pourrait ainsi ouvrir de nouvelles possibilités pour la réalisation de la communication quantique longue distance.
« Avec notre réseau de relais quantique à cinq nœuds avec trois relais intermédiaires non fiables, nous avons réalisé une distribution de clés sécurisée sur 300 km de fibres », a déclaré Ma.
« Nous avons également réussi à intégrer une source de photons à point quantique de pointe de pointe, fonctionnant à 304,52 MHz avec une indulgence presque unité, ce qui est essentiel pour assurer des performances robustes et évolutives. »
Cette étude récente pourrait contribuer à un changement entre les réseaux quantiques avec des connexions à nœud unique aux réseaux multi-nœuds. Les appareils utilisés pour réaliser que l'architecture de l'équipe sont également compatibles avec les réseaux de fibres existants et pourraient donc être plus faciles à déployer dans des paramètres du monde réel.
À l'avenir, l'architecture réseau conçue par l'équipe pourrait être améliorée davantage et utilisée pour démontrer des communications quantiques sécurisées sur des distances encore plus longues. Actuellement, les chercheurs tentent d'étendre les distances de communication réalisables en utilisant leur architecture au-delà de 1 000 km, en améliorant davantage la visibilité des interférences et en réduisant les taux d'erreur.
« Dans le cadre de nos prochaines études, nous prévoyons de réaliser des topologies de réseau plus grandes et plus complexes, telles que les configurations d'étoiles multicouches, en intégrant des sources de photons uniques supplémentaires et des nœuds de mesure », a ajouté Chen.
« Nous aborderons également les défis techniques critiques, notamment le chevauchement spectral, la synchronisation temporelle et la compensation du bruit de phase, par le développement de schémas de stabilisation et de synchronisation avancés. Ces améliorations réduiront les erreurs induites par l'horloge et amélioreront la robustesse de la communication quantique à longue distance. »
Écrit pour vous par notre auteur Ingrid Fadelli, édité par Sadie Harley, et vérifié et révisé par Robert Egan – cet article est le résultat d'un travail humain minutieux. Nous comptons sur des lecteurs comme vous pour garder le journalisme scientifique indépendant en vie. Si ce rapport vous importe, veuillez considérer un don (surtout mensuel). Vous obtiendrez un sans publicité compte comme un remerciement.
