Des photons exceptionnellement brillants pour des communications quantiques incassables

L’ère de la communication quantique, où la transmission de données est sécurisée et à grande vitesse, se rapproche de la réalité grâce à des avancées scientifiques notables. Une équipe internationale de chercheurs a mis au point une source lumineuse capable de générer des photons intriqués d’une intensité sans précédent. Ces photons, essentiels à la construction d’un futur réseau de communication quantique, ouvrent la voie à des transmissions de données non seulement rapides mais aussi incassables, rendant toute tentative d’interception pratiquement impossible.

La promesse de la communication quantique

La communication quantique repose sur l’intrication des photons, une propriété de la mécanique quantique où deux particules restent connectées, partageant des informations indépendamment de la distance qui les sépare. Dans un réseau de communication quantique, ces photons intriqués seraient utilisés pour transmettre des données à une vitesse fulgurante. Leur état d’intrication, ou « cohérence quantique », garantit que les informations transmises ne peuvent pas être interceptées ou altérées.

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Cependant, un des défis majeurs dans le développement de cette technologie réside dans la force des photons utilisés. En effet, plus les photons voyagent loin, plus leur puissance diminue, rendant la transmission inefficace. Pour que l’internet quantique devienne une réalité, il est crucial de générer des photons suffisamment puissants pour maintenir leur intrication sur de longues distances, évitant ainsi la décohérence, c’est-à-dire la perte d’information due à la désintrication des photons.

Innovation technologique

Dans une étude publiée dans la revue eLight, des scientifiques de divers continents (Europe, Asie, Amérique du Sud) ont réussi à créer une source de lumière quantique d’une brillance exceptionnelle. Pour y parvenir, ils ont combiné des technologies existantes de manière innovante, créant ainsi un signal quantique à la fois puissant et stable.

Les chercheurs ont utilisé un émetteur de points quantiques, un dispositif générant des photons uniques, qu’ils ont associé à un résonateur quantique, un appareil qui amplifie le signal quantique. Ensemble, ces technologies ont produit un nouveau type de source lumineuse capable d’émettre des photons avec une intensité lumineuse exceptionnelle.

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Ce qui distingue cette recherche des travaux précédents, c’est l’utilisation simultanée de technologies auparavant testées uniquement de manière indépendante. Les chercheurs ont intégré un résonateur circulaire de Bragg à l’émetteur de points quantiques, le tout monté sur un actionneur piézoélectrique, un dispositif qui génère un courant électrique sous l’effet de la chaleur ou de la pression. Ce montage complexe permet de réguler avec une grande précision l’émission de photons, optimisant ainsi leur intrication.

Les photons générés par ce dispositif se caractérisent par une forte fidélité d’intrication et une efficacité d’extraction élevée. En d’autres termes, chaque photon émis est suffisamment lumineux pour être exploité tout en conservant sa « signature quantique », une propriété essentielle pour les communications quantiques. Jusqu’à présent, il était difficile de concilier une haute luminosité avec une forte intrication, chaque aspect nécessitant des technologies spécifiques difficiles à combiner. 

Les défis restants 

Malgré cette avancée significative, la route vers un internet quantique reste semée d’embûches. Les dispositifs actuels sont encore en phase de développement expérimental, et la fabrication de ces émetteurs de photons implique l’utilisation de matériaux dangereux. Par exemple, l’émetteur de photons utilisé dans cette étude contient de l’arséniure de gallium, une substance toxique et potentiellement cancérigène, ce qui pose des défis de sécurité pour la production à grande échelle. L’identification de matériaux alternatifs, tout aussi efficaces mais moins dangereux, est une étape cruciale pour rendre cette technologie viable à grande échelle.

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La prochaine phase de recherche consistera à intégrer une structure de type diode à l’actionneur piézoélectrique. Cette intégration permettra de générer un champ électrique à travers les points quantiques, renforçant ainsi l’intrication des photons et réduisant la probabilité de décohérence. Bien que de nombreuses étapes restent à franchir avant de voir l’avènement d’un internet quantique, les résultats actuels sont prometteurs.

Par ailleurs, l’ordinateur quantique de Google exécute instantanément une tâche qui prendrait normalement 47 ans.