Ces cristaux de mémoire quantique nous rapprochent de l’internet du futur

Des chercheurs ont dévoilé un dispositif de mémoire quantique capable de transmettre des photons intriqués sur une distance de 5 kilomètres. Composé de cristaux d’orthosilicate d’yttrium, celui-ci constitue un pas supplémentaire vers un internet quantique sécurisé.

« Les photons ne sont pas utilisés pour envoyer l’information, mais pour partager l’intrication »

La vision d’une version quantique de l’internet existe depuis longtemps. Elle permettrait aux ordinateurs quantiques de communiquer sur de longues distances en échangeant des particules de lumière appelées photons qui ont été liés entre eux par intrication quantique. Problème de taille : les photons se perdent lorsqu’ils sont transmis sur de grandes longueurs de câbles à fibres optiques.

Cela n’a rien d’insurmontable pour les photons normaux, car les équipements du réseau peuvent simplement les mesurer et les retransmettre à partir d’une certaine distance (c’est d’ailleurs ainsi que fonctionnent les transmissions de données classiques par fibre optique), mais pour les photons intriqués, toute tentative de mesure ou d’amplification a pour effet de changer leur état.

La solution se résume à une procédure appelée téléportation quantique, consistant à mesurer simultanément l’état d’un photon de chacune des deux paires de photons intriqués, ce qui permet de relier efficacement les deux photons les plus éloignés de la chaîne.

« Les photons ne sont pas utilisés pour envoyer l’information, mais pour partager l’intrication », explique Myungshik Kim de l’Imperial College de Londres. « Vous pouvez ensuite exploiter cet enchevêtrement et téléporter l’information quantique que vous souhaitez d’un point A à un point B. »

Des cristaux d’orthosilicate d’yttrium

Mais cela introduit un autre problème : toutes les paires intriquées doivent être prêtes en même temps pour former une chaîne, ce qui devient plus difficile sur de longues distances. Pour résoudre ce problème, une mémoire quantique s’avère indispensable, et il s’agit précisément du domaine dans lequel Hugues de Riedmatten et ses collègues de l’Institut des sciences photoniques de Castelldefels, en Espagne, se sont illustrés.

« L’idée est de tester un lien, et de bloquer l’intrication lorsque celui-ci se révèle valide, en attendant que l’autre lien soit également prêt. Vous pouvez ensuite les combiner, ce qui permet d’étendre l’intrication sur des distances de plus en plus grandes », détaille le chercheur.

Pour ces travaux présentés dans la revue Nature, l’équipe a utilisé des cristaux d’orthosilicate d’yttrium afin de stocker des paires de photons intriqués pendant 25 microsecondes dans deux mémoires quantiques distinctes. L’expérience a été réalisée entre deux laboratoires reliés par 50 mètres de câble à fibres optiques, mais en théorie, ce temps de stockage permettrait à des dispositifs distants de 5 kilomètres de communiquer.

Une approche compatible avec les infrastructures existantes

Fait essentiel, les chercheurs ont pu stocker et récupérer les photons dans l’ordre où ils ont été envoyés, et les transmettre en utilisant des fréquences et des câbles à fibres optiques déjà utilisés dans les réseaux de données, ce qui suggère qu’une telle approche fonctionnera en dehors du laboratoire.

Selon l’équipe, la prochaine étape consistera à augmenter la distance entre les deux dispositifs de mémoire en allongeant la durée maximale de stockage et en mettant au point un répéteur quantique entièrement fonctionnel.

Par Yann Contegat, le 9 juin 2021