Des chercheurs de l'Université nationale de Yokohama ont téléporté des informations quantiques en toute sécurité dans les limites d'un diamant. L'étude a de grandes implications pour la technologie de l'information quantique, l'avenir du partage et du stockage d'informations sensibles. Les chercheurs ont publié leurs résultats le 28 juin 2019, dans Physique des communications .

"La téléportation quantique permet le transfert d'informations quantiques dans un espace autrement inaccessible, " a déclaré Hideo Kosaka, professeur d'ingénierie à l'Université nationale de Yokohama et auteur de l'étude. "Il permet également le transfert d'informations dans une mémoire quantique sans révéler ou détruire les informations quantiques stockées."

L'espace inaccessible, dans ce cas, constitué d'atomes de carbone dans le diamant. Fait de lié, pourtant contenu individuellement, atomes de carbone, un diamant détient les conditions parfaites pour la téléportation quantique.

Un atome de carbone contient six protons et six neutrons dans son noyau, entouré de six électrons en rotation. Comme les atomes se lient en un diamant, ils forment un réseau particulièrement solide. Cependant, les diamants peuvent avoir des défauts complexes, comme lorsqu'un atome d'azote existe dans l'une des deux lacunes adjacentes où les atomes de carbone devraient être. Ce défaut est appelé un centre de vacance d'azote.

Entouré d'atomes de carbone, la structure du noyau de l'atome d'azote crée ce que Kosaka appelle un nano-aimant.

Pour manipuler un électron et un isotope de carbone dans la lacune, Kosaka et l'équipe ont attaché un fil d'environ un quart de la largeur d'un cheveu humain à la surface d'un diamant. Ils ont appliqué un micro-ondes et une onde radio au fil pour créer un champ magnétique oscillant autour du diamant. Ils ont façonné le micro-ondes pour créer l'optimum, conditions contrôlées pour le transfert d'informations quantiques à l'intérieur du diamant.

Kosaka a ensuite utilisé le nano-aimant d'azote pour ancrer un électron. En utilisant le micro-ondes et les ondes radio, Kosaka a forcé le spin de l'électron à s'entremêler avec un spin nucléaire du carbone - le moment angulaire de l'électron et le noyau d'un atome de carbone. Le spin de l'électron se décompose sous un champ magnétique créé par le nano-aimant, le rendant sensible à l'enchevêtrement. Une fois les deux pièces enchevêtrées, ce qui signifie que leurs caractéristiques physiques sont si étroitement liées qu'elles ne peuvent pas être décrites individuellement, un photon contenant des informations quantiques est introduit, et l'électron absorbe le photon. L'absorption permet de transférer l'état de polarisation du photon dans le carbone, qui est médiée par l'électron intriqué, démontrant une téléportation de l'information au niveau quantique.

"Le succès du stockage de photons dans l'autre nœud établit l'intrication entre deux nœuds adjacents, " dit Kosaka. Appelés répéteurs quantiques, le processus peut prendre des morceaux individuels d'informations d'un nœud à l'autre, à travers le champ quantique.

"Notre objectif ultime est de réaliser des répéteurs quantiques évolutifs pour les communications quantiques longue distance et des ordinateurs quantiques distribués pour le calcul quantique et la métrologie à grande échelle, " a déclaré Kosaka.