Des chercheurs de l’Université de science et technologie de Chine ont intriqué des mémoires quantiques à travers 420 kilomètres de fibre optique. Cette avancée majeure permet de surmonter les pertes de signal inhérentes aux longues distances, ouvrant la voie à des réseaux quantiques longue portée et sécurisés.
D’un côté, une équipe de recherche de l’Université de science et technologie de Chine a réussi à intriquer des mémoires quantiques à travers une distance record de 420 kilomètres de fibre optique. De l’autre, l’Union européenne soutient le projet AL FreSQO, piloté par l’Université de Strathclyde, qui mobilise un budget de deux millions d’euros pour développer des mémoires quantiques à atomes froids destinées à des liaisons optiques en espace libre.
Une liaison par fibre optique de 420 kilomètres en Chine
L’expérience menée par l’équipe chinoise s’est appuyée sur des nuages d’atomes de rubidium refroidis par laser pour former des mémoires quantiques capables de retenir des états quantiques en vue d’opérations ultérieures. Contrairement aux transmissions de photons intriqués classiques, qui s’affaiblissent de manière exponentielle avec la distance, les mémoires quantiques permettent de stocker l’intriquement établi sur un segment de réseau pendant que d’autres connexions s’établissent.
Pour acheminer les signaux, les chercheurs ont converti les photons émis par les mémoires de rubidium vers la bande S des télécommunications, à une longueur d’onde de 1 522 nanomètres, limitant ainsi l’affaiblissement du signal dans la fibre à environ 0,17 décibel par kilomètre. Afin de stabiliser la phase optique du système, l’équipe a combiné un verrouillage continu à l’écart de la résonance pour supprimer les bruits rapides et un verrouillage intermittent à double bande pour corriger la dérive lente.
I would call this a stress test of quantum networking systems. We put this to an extreme test in an environment that’s really noisy. Amazingly, it still worked. Chercheur non spécifié, via SDxCentral
Le projet européen AL FreSQO et les liaisons en espace libre
En parallèle, le projet AL FreSQO cherche à s’affranchir des contraintes des réseaux de fibres optiques en explorant des liaisons optiques en espace libre et des technologies de conversion de longueur d’onde. Coordonné par le professeur Daniel Oi au sein du département de physique de l’Université de Strathclyde, ce projet de trois ans rassemble des institutions académiques et industrielles de premier plan, parmi lesquelles les universités de Southampton et de Padova, l’Université Humboldt de Berlin, l’Université Sabancı à Istanbul et la spin-out ThinkQuantum.
Les signaux quantiques souffrent d’une fragilité intrinsèque qui les empêche d’être copiés ou amplifiés de manière classique.
Le professeur Daniel Oi, du département de physique de l’Université de Strathclyde, a indiqué que les signaux quantiques sont fragiles et se perdent facilement sur de longues distances, et qu’étant donné qu’ils ne peuvent pas être copiés ni amplifiés, de nouveaux moyens sont nécessaires pour étendre leur portée, avant d’ajouter que leur approche utilise des répéteurs et des mémoires quantiques pour diviser les longues liaisons en liaisons plus courtes et les reconnecter par le biais d’un échange d’intrication, permettant ainsi à l’information de voyager beaucoup plus loin.
Défis techniques et applications industrielles
Les deux approches visent à surmonter les obstacles fondamentaux qui freinent le déploiement de l’internet quantique. D’un côté, les chercheurs de l’Université de science et technologie de Chine ont franchi la limite de Pirandola-Laurenza-Ottaviani-Banchi, démontrant que les méthodes fondées sur des mémoires surclassent la transmission directe lorsque les pertes s’accumulent au-delà d’environ 212 kilomètres. De l’autre, les travaux menés par le docteur Aidan Arnold à Strathclyde portent sur la non-démolition quantique afin de détecter un photon sans le détruire.
Les applications visées par ces technologies dépassent le cadre des communications ultra-sécurisées. Des capteurs quantiques en réseau permettront d’améliorer la précision des mesures pour la prévision des séismes ou la surveillance agricole, tout en offrant des solutions de positionnement sans GPS pour les situations d’urgence ou les environnements où les signaux satellites ne pénètrent pas, comme le soulignent les analyses publiées par la National Science Foundation. L’objectif fixé par la stratégie nationale britannique est de déployer des réseaux quantiques avancés à grande échelle d’ici 2035.