La téléportation quantique est une approach permettant le transfert d’informations quantiques entre deux objets quantiques distants, un émetteur et un récepteur, en utilisant un phénomène appelé l’intrication quantique comme ressource. La caractéristique exclusive de ce processus est que les informations réelles ne sont pas transférées en envoyant des bits quantiques (qubits) by using un canal de communication reliant les deux parties au lieu de cela, les informations sont détruites à un endroit et apparaissent à l’autre sans se déplacer physiquement entre les deux. Cette propriété surprenante est rendue achievable par l’intrication quantique, accompagnée de la transmission de bits classiques.
La téléportation quantique suscite aujourd’hui un vif intérêt dans le domaine des communications quantiques et des réseaux quantiques, car elle permettrait le transfert de bits quantiques entre les nœuds du réseau sur de très longues distances, en utilisant un enchevêtrement précédemment partagé. Cela faciliterait l’intégration des technologies quantiques dans les réseaux de télécommunication actuels et étendrait les communications ultra-sécurisées permises par ces systèmes à de très longues distances. De in addition, la téléportation quantique permet le transfert d’informations quantiques entre différents types de systèmes quantiques, par exemple entre la lumière et la matière ou entre différents sorts de nœuds quantiques.
La téléportation quantique a été théoriquement proposée au début des années 90 et des démonstrations expérimentales ont été menées par plusieurs groupes à travers le monde. Alors que la communauté scientifique a acquis une vaste expérience sur la façon de réaliser ces expériences, il reste une problem ouverte sur la façon de téléporter des informations de manière pratique, permettant une interaction quantique fiable et rapide sur un réseau étendu. Il semble clair qu’une telle infrastructure devrait être appropriate avec le réseau de télécommunications actuel. De in addition, le protocole de téléportation quantique nécessite qu’une opération finale soit appliquée sur le qubit téléporté, conditionnée au résultat de la mesure de téléportation (transmis par bits classiques), afin de transférer l’information fidèlement et à un débit furthermore élevé, une caractéristique appelé feed-ahead actif. Cela signifie que le récepteur nécessite un dispositif connu sous le nom de mémoire quantique qui peut stocker le qubit sans le dégrader jusqu’à ce que l’opération finale puisse être mise en œuvre. Enfin, cette mémoire quantique devrait pouvoir fonctionner de manière multiplexée pour maximiser la vitesse de téléportation des informations lorsque l’émetteur et le récepteur sont éloignés. A ce jour, aucune implémentation n’avait intégré ces trois exigences dans une même démonstration.
Dans une étude récente publiée dans Character Communications, les chercheurs de l’ICFO Dario Lago-Rivera, Jelena V. Rakonjac, Samuele Grandi, dirigés par le professeur de l’ICREA à l’ICFO Hugues de Riedmatten, ont rapporté avoir réalisé une téléportation longue length d’informations quantiques d’un photon à un solide. qubit d’état, un photon stocké dans une mémoire quantique multiplexée. La procedure impliquait l’utilisation d’un schéma d’anticipation actif qui, associé à la multimodalité de la mémoire, a permis de maximiser le taux de téléportation. L’architecture proposée était appropriate avec les canaux de télécommunications, permettant ainsi une intégration et une évolutivité futures pour la conversation quantique longue length.
Remark réaliser la téléportation quantique
L’équipe a construit deux configurations expérimentales, qui dans le jargon de la communauté s’appellent généralement Alice et Bob. Les deux configurations étaient reliées par une fibre optique de 1 km filée dans une bobine, pour imiter une length physique entre les functions.
Trois photons ont été impliqués dans l’expérience. Dans la première configuration, Alice, l’équipe a utilisé un cristal spécial pour créer deux photons intriqués : le premier photon à 606 nm, appelé photon sign, et le next photon appelé photon oisif, compatible avec l’infrastructure de télécommunications. Une fois créé, “nous avons conservé le leading photon de 606 nm à Alice et l’avons stocké dans une mémoire quantique multiplexée à l’état solide, le conservant dans la mémoire pour un traitement futur. En même temps, nous avons pris le photon télécom créé à Alice et l’avons envoyé à travers les 1 km de fibre optique pour atteindre le deuxième dispositif expérimental, appelé Bob », se souvient Dario Lago.
Dans cette deuxième configuration, Bob, les scientifiques avaient un autre cristal où ils ont créé un troisième photon, où ils avaient encodé le little bit quantique qu’ils voulaient téléporter. Une fois le troisième photon créé, le deuxième photon était arrivé à Bob d’Alice, et c’est là que se déroule le cœur de l’expérience de téléportation.
Téléporter des informations sur 1km
Les deuxième et troisième photons se sont interférés par ce que l’on appelle une mesure de l’état de cloche (BSM). L’effet de cette mesure était de mélanger l’état du deuxième et du troisième photon. Grâce au fait que les premier et deuxième photons étaient initialement intriqués, c’est-à-dire que leur état conjoint était fortement corrélé, le résultat du BSM a été de transférer l’information codée dans le troisième photon au leading, stockée par Alice dans le mémoire quantique, à 1 km. Comme le mentionnent Dario Lago et Jelena Rakonjac, “nous sommes capables de transférer des informations entre deux photons qui n’ont jamais été en get hold of auparavant, mais connectés par un troisième photon qui était en effet intriqué avec le leading. La particularité de cette expérience réside dans le fait que nous employait une mémoire quantique multiplexée able de stocker le premier photon suffisamment longtemps pour qu’au moment où Alice a découvert que l’interaction s’était produite, nous étions encore en mesure de traiter les informations téléportées comme le protocole l’exige.”
Ce traitement mentionné par Dario et Jelena était la method d’anticipation lively mentionnée précédemment. En fonction du résultat du BSM, un déphasage était appliqué au premier photon après stockage en mémoire. De cette manière, le même état serait toujours codé dans le leading photon. Sans cela, la moitié des événements de téléportation devraient être ignorés. De furthermore, la multimodalité de la mémoire quantique leur a permis d’augmenter le taux de téléportation au-delà des limites imposées par la séparation de 1 km entre eux sans dégrader la qualité du qubit téléporté. Globalement, cela s’est traduit par un taux de téléportation trois fois supérieur à celui d’une mémoire quantique monomode, uniquement limité par la vitesse du matériel classique.
Évolutivité et intégration
L’expérience menée par ce groupe en 2021, où ils ont réalisé pour la première fois l’intrication de deux mémoires quantiques multimodes séparées de 10 mètres et annoncées par un photon à la longueur d’onde des télécommunications, a été le précurseur de cette expérience.
Comme le souligne Hugues de Riedmatten, “La téléportation quantique sera cruciale pour permettre une communication longue distance de haute qualité pour le futur Web quantique. Notre objectif est d’implémenter la téléportation quantique dans des réseaux de as well as en plus complexes, avec un enchevêtrement précédemment distribué. L’état solide et la mother nature multiplexée de nos nœuds quantiques ainsi que leur compatibilité avec le réseau télécom en font une approche prometteuse pour déployer la technologie sur de longues distances dans le réseau de fibre installé.”
D’autres améliorations sont déjà prévues. D’une section, l’équipe se concentre sur le développement et l’amélioration de la technologie afin d’étendre la configuration à des distances beaucoup plus longues tout en maintenant l’efficacité et les tarifs. D’autre part, ils visent également à étudier et à utiliser cette strategy dans le transfert d’informations entre différents sorts de nœuds quantiques, pour un futur World wide web quantique capable de distribuer et de traiter des informations quantiques entre des events distantes.