Les chercheurs du Rensselaer Polytechnic Institute (RPI) abordent l'un des défis les plus complexes du monde des informations quantiques – comment créer des réseaux fiables et évolutifs qui peuvent connecter des systèmes quantiques sur des distances.
Leur travail a abouti à deux publications dans Lettres d'examen physique et Avancées scientifiquesnous rapprochant un peu de réalisation de systèmes quantiques en réseau à grande échelle, ou même de l'Internet quantique.
L'équipe de recherche, qui comprend des professeurs du département de physique, de la physique appliquée et de l'astronomie, du Département d'informatique, est dirigé par le professeur adjoint Xiangyi Meng, Ph.D. Leurs recherches se concentrent sur la conception de réseaux quantiques qui utilisent un enchevêtrement – un phénomène où les particules quantiques deviennent mystérieusement corrélées.
Ces particules enchevêtrées sont le fondement de la communication quantique, permettant un transfert rapide et sécurisé des données quantiques sans risque d'écoute. Mais le défi est qu'une fois qu'une paire de particules enchevêtrées est utilisée pour la communication, l'intrication disparaît, laissant le réseau inutilisable pour les tâches futures.
C'est là que la percée de l'équipe RPI entre en jeu. Leurs recherches démontrent une nouvelle stratégie qui pourrait résoudre ce problème, garantissant que les réseaux quantiques restent fonctionnels en reconstituant un nouvel enchevêtrement. En utilisant une approche de « pontage » intelligente qui ajoute une redondance au réseau, ils ont montré qu'il est possible de maintenir une communication stable sans surcluler le système.
L'un des aspects les plus excitants de leur travail est l'introduction d'une stratégie de «multiplexage». Plutôt que de s'appuyer sur un seul chemin enchevêtré pour transmettre des informations, plusieurs chemins sont utilisés simultanément. Cette redondance combat le bruit et les imperfections inhérentes à la communication quantique, garantissant que l'intrication peut être établie de manière fiable même dans des conditions moins qu'idéales.
De plus, cette stratégie peut s'avérer encore plus efficace dans les réseaux quantiques que dans les systèmes classiques, offrant un avantage distinct pour la communication quantique future.
« En garantissant que les réseaux quantiques peuvent fonctionner de manière fiable à mesure qu'ils se développent en complexité, nos recherches ouvrent de nouvelles possibilités pour l'avenir des informations quantiques », a déclaré Meng.
« Il s'agit d'une étape cruciale vers la réalisation de systèmes quantiques à grande échelle, où les informations quantiques peuvent être traitées et partagées en toute sécurité, débloquant des fonctionnalités de réseau plus sophistiquées. Les opportunités de RPI nous permettent de prendre des pas audacieuses dans ce domaine, où nous pouvons non seulement repousser les limites de la science quantique, mais aussi former la prochaine génération de chercheurs pour façonner l'avenir de la technologie. »
Ce travail a des implications de grande envergure, d'autant plus que les grandes entreprises comme IBM font avancer leurs efforts informatiques quantiques. À mesure que les technologies quantiques deviennent plus puissantes, un réseau de puces interconnectées qui peuvent gérer des quantités massives de données quantiques seront essentielles.
Les recherches de RPI consacrent les bases de ces futurs systèmes quantiques, ce qui pourrait éventuellement conduire à une communication plus rapide et plus sûre entre les unités de traitement quantique.
En plus de ce travail théorique, MENG se consacre à la formation de la prochaine génération de scientifiques quantiques. Il fait partie d'une équipe qui a soumis une proposition de formation de recherche de la National Science Foundation pour éduquer les étudiants sur l'informatique quantique.
MENG fait également partie du Centre de conception pour l'avantage quantique (C2QA) entre le Brookhaven National Laboratory et RPI, qui est une initiative majeure du ministère de l'Énergie axée sur le développement des outils nécessaires pour construire des systèmes quantiques tolérants aux failles.
Dans le cadre de son engagement envers l'apprentissage pratique, il dirige un laboratoire de recherche au RPI où les étudiants de premier cycle ont la possibilité de travailler directement avec des ordinateurs quantiques, acquièrent une expérience pratique dans le domaine.
Cette nouvelle recherche représente une étape critique dans le développement des systèmes de communication quantique et de calcul. C'est une petite mais puissante pièce du puzzle qui pourrait un jour déverrouiller le chemin vers des architectures quantiques à grande échelle et permettre la prochaine génération de technologies quantiques.
