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Une équipe de chercheurs suisses a fait un pas important vers la transmission de données quantiques à longue distance, en parvenant à stocker un qubit dans un cristal pendant 20 millisecondes, constituant une échelle de temps pouvant être appréciée par l’être humain.

Garantir l’authenticité et la confidentialité des données transmises

Le développement de systèmes de communication quantique à longue distance se heurte à un obstacle de taille : après quelques centaines de kilomètres parcourus au sein d’un câble en fibre optique, les photons qui transportent l’information (sous la forme de bits quantiques ou « qubits ») disparaissent, ce qui implique la perte de l’état quantique assurant l’authenticité et la confidentialité des données transmises.

L’une des principales solutions étudiées pour résoudre ce problème se résume à des dispositifs relais « ou répéteurs », capables de stocker l’information suffisamment longtemps pour garantir l’intégrité de la transmission.

En 2015, Mikael Afzelius et ses collègues de l’université de Genève (UNIGE) étaient parvenus à stocker un qubit pendant 0,5 milliseconde dans une mémoire solide, en transmettant l’état quantique d’un photon aux atomes d’un cristal juste avant qu’il ne disparaisse.

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Pour cette nouvelle étude parue dans la revue npj Quantum Information, les chercheurs ont utilisé des cristaux dopés à certains métaux appelés « terres rares » (ici de l’europium), capables d’absorber et de réémettre la lumière. L’agitation thermique du cristal détruisant l’intrication des atomes, les cristaux utilisés ont été maintenus à une température de -273,15° C (zéro absolu).

Une durée record

Suite à l’application d’un petit champ magnétique d’un millième de tesla au cristal, l’équipe a utilisé différentes méthodes de découplage dynamique, consistant à le « bombarder » de radiofréquences intenses. Ce qui s’est traduit par le découplage des ions de terres rares des perturbations de l’environnement, augmentant les performances de stockage de près d’un facteur 40.

Cette approche leur a permis d’étendre la durée de stockage d’un qubit à 20 millisecondes, ce qui constitue un record mondial pour une mémoire quantique basée sur un système solide, et d’atteindre la barre des 100 millisecondes avec une légère perte de fidélité, ouvrant la voie au développement de réseaux de communication quantiques longue distance.

Pour Afzelius et ses collègues, les prochaines étapes consisteront à allonger encore davantage ce temps de stockage sans dégradation du signal, et à concevoir des mémoires capables de stocker plus d’un seul photon à la fois.

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