Un état photonique téléporté entre deux boîtes quantiques distinctes sur 270 mètres

La liaison de 270 mètres

La liaison reliait deux bâtiments de l'université Sapienza de Rome, où se sont déroulées les expériences de téléportation. L'université de Paderborn indique que ses doctorants et postdoctorants y ont consacré environ dix ans, entre mesures optiques, analyse et évaluation des données. Le groupe du professeur Klaus Jöns a travaillé en étroite collaboration avec une équipe dirigée par le professeur Rinaldo Trotta à la Sapienza. L'université qualifie le résultat de jalon important sur la voie d'un internet quantique.

L'équipe a téléporté l'état de polarisation d'un photon unique d'une boîte quantique vers une autre, physiquement séparée. La boîte réceptrice a reproduit la polarisation du premier photon. Les deux boîtes étaient des émetteurs distincts, et non une même source divisée en deux. Les résultats ont été publiés dans Nature Communications.

Pourquoi des émetteurs distincts comptent

Les systèmes intriqués composés de plusieurs particules quantiques créent des états corrélés entre ces particules. L'université de Paderborn estime cette approche indispensable aux applications de communication sécurisée, de traitement de données et d'informatique quantique.

Selon Jöns, les expériences précédentes utilisaient des photons issus d'une seule et même source. Recourir à des émetteurs quantiques distincts pour réaliser un relais quantique entre parties indépendantes restait hors de portée, dit-il. Il qualifie la téléportation réussie entre deux émetteurs quantiques indépendants de pas vers des relais quantiques extensibles et vers une mise en œuvre pratique d'un internet quantique.

Jöns affirme que l'expérience montre que les sources de lumière quantique à base de boîtes quantiques semi-conductrices pourraient servir de technologie aux futurs réseaux de communication quantique.

Comment s'est déroulée l'expérience

Les boîtes quantiques ont été fabriquées avec précision à l'université Johannes Kepler de Linz. La nanofabrication des résonateurs a été assurée par les partenaires de l'université de Würzburg. Les expériences romaines ont utilisé une synchronisation assistée par GPS, des détecteurs de photons uniques ultra-rapides et des méthodes de stabilisation pour contrer la turbulence atmosphérique.

La fidélité de l'état téléporté, qui mesure la conservation des états quantiques, a atteint jusqu'à 82 ± 1 %. Ce chiffre dépasse la limite classique de plus de 10 écarts-types.

La suite

Le prochain objectif est de démontrer l'échange d'intrication entre deux boîtes quantiques. L'équipe affirme que cela créerait le premier relais quantique reposant sur deux sources déterministes de paires de photons intriqués. Les sources déterministes peuvent produire des photons uniques de façon fiable et presque à la demande, mais leur mise au point reste un défi majeur.

Il y a environ dix ans, Jöns et Trotta avaient décrit un plan pour utiliser les boîtes quantiques comme sources de paires de photons intriqués dans les systèmes de communication et de téléportation. Jöns estime que le résultat montre que cette planification de long terme a payé. Il attribue la réussite à la combinaison de la science des matériaux, de la nanofabrication et de la technologie quantique optique.