Une équipe de chercheurs de QuTech aux Pays-Bas rapporte la réalisation du premier réseau quantique multi-nœuds, reliant trois processeurs quantiques. En outre, ils ont réalisé une démonstration de principe des principaux protocoles de réseau quantique. Leurs découvertes marquent une étape importante vers le futur Web quantique et ont maintenant été publiées dans Science.



L’Internet quantique

La puissance d’Internet réside dans le fait qu’il permet à deux ordinateurs sur Terre d’être connectés l’un à l’autre, ce qui permet des applications insoupçonnées au second de sa création il y a des décennies. Aujourd’hui, les chercheurs de nombreux laboratoires du monde entier travaillent à l’élaboration de premières variations d’un Web quantique – un réseau qui peut connecter deux appareils quantiques, tels que des ordinateurs quantiques ou des capteurs, sur de grandes distances. Alors que l’Internet d’aujourd’hui distribue des informations en bits (qui peuvent être ou 1), un futur Online quantique utilisera des bits quantiques qui peuvent être et 1 en même temps. « Un Online quantique ouvrira une gamme d’applications novatrices, allant de la interaction inattaquable et du cloud computing avec une confidentialité totale des utilisateurs à un chronométrage de haute précision », déclare Matteo Pompili, doctorant et membre de l’équipe de recherche. « Et comme avec World-wide-web il y a 40 ans, il existe probablement de nombreuses applications que nous ne pouvons pas prévoir pour le minute. »

Vers une connectivité omniprésente

Les premiers pas vers un Net quantique ont été franchis au cours de la dernière décennie en reliant deux dispositifs quantiques partageant un lien physique immediate. Cependant, être able de transmettre des informations quantiques by means of des nœuds intermédiaires (analogues aux routeurs de l’Internet classique) est essentiel pour créer un réseau quantique évolutif. De as well as, de nombreuses applications World wide web quantiques prometteuses reposent sur des bits quantiques intriqués, pour être distribués entre plusieurs nœuds. L’enchevêtrement est un phénomène observé à l’échelle quantique, reliant fondamentalement des particules à de petites et même à de grandes distances. Il fournit aux ordinateurs quantiques leur énorme puissance de calcul et constitue la ressource fondamentale pour le partage d’informations quantiques sur le futur Online quantique. En réalisant leur réseau quantique en laboratoire, une équipe de chercheurs de QuTech – une collaboration entre l’Université de technologie de Delft et TNO – est la première à avoir connecté deux processeurs quantiques by way of un nœud intermédiaire et à avoir établi un enchevêtrement partagé entre plusieurs supports. – processeurs quantiques seuls.



Exploiter le réseau quantique

Le réseau quantique rudimentaire se compose de trois nœuds quantiques, à une certaine distance dans le même bâtiment. Pour que ces nœuds fonctionnent comme un véritable réseau, les chercheurs ont dû inventer une nouvelle architecture qui permet une mise à l’échelle au-delà d’un seul lien. Le nœud du milieu (appelé Bob) a une connexion physique aux deux nœuds externes (appelés Alice et Charlie), ce qui permet d’établir des liens d’intrication avec chacun de ces nœuds. Bob est équipé d’un bit quantique supplémentaire qui peut être utilisé comme mémoire, permettant de stocker une liaison quantique précédemment générée pendant qu’une nouvelle liaison est en cours d’établissement. Après avoir établi les liens quantiques Alice-Bob et Bob-Charlie, un ensemble d’opérations quantiques chez Bob convertit ces liens en un lien quantique Alice-Charlie. Alternativement, en effectuant un ensemble différent d’opérations quantiques chez Bob, l’intrication entre les trois nœuds est établie.

Prêt pour une utilisation ultérieure

Une caractéristique importante du réseau est qu’il annonce la réussite de ces protocoles (intrinsèquement probabilistes) avec un signal « drapeau ». Une telle annonce est cruciale pour l’évolutivité, automobile dans un futur Internet quantique, nombre de ces protocoles devront être concaténés. « Une fois établis, nous avons pu préserver les états intriqués qui en résultaient, en les protégeant du bruit », explique Sophie Hermans, une autre membre de l’équipe. « Cela signifie qu’en principe, nous pouvons utiliser ces états pour une distribution de clé quantique, un calcul quantique ou tout autre protocole quantique ultérieur. »

Démonstrateur World wide web quantique

Ce leading réseau quantique basé sur l’intrication fournit aux chercheurs un banc d’essai unique pour développer et tester du matériel, des logiciels et des protocoles Online quantiques. « Le futur World wide web quantique sera composé d’innombrables dispositifs quantiques et nœuds intermédiaires », déclare Ronald Hanson, qui a dirigé l’équipe de recherche. « Les collègues de QuTech étudient déjà la compatibilité long run avec les infrastructures de données existantes. En temps voulu, l’approche actuelle de validation de principe sera testée en dehors du laboratoire sur la fibre de télécommunications existante – sur le démonstrateur World-wide-web Quantum de QuTech, dont la première liaison métropolitaine devrait être achevée en 2022.

Couches de niveau supérieur

Dans le laboratoire, les chercheurs se concentreront sur l’ajout de as well as de bits quantiques à leur réseau à trois nœuds et sur l’ajout de couches logicielles et matérielles de moreover haut niveau. Pompili : « Une fois que toutes les couches de contrôle et d’interface de haut niveau pour faire fonctionner le réseau auront été développées, n’importe qui pourra écrire et exécuter une application réseau sans avoir besoin de comprendre le fonctionnement des lasers et des cryostats. C’est l’objectif last.  »