Comment transférer de manière fiable des informations quantiques lorsque les canaux de connexion sont impactés par un bruit préjudiciable ? Des scientifiques de l'Université d'Innsbruck et de la TU Wien (Vienne) ont présenté de nouvelles solutions à ce problème.

De nos jours, nous communiquons via des signaux radio et envoyons des impulsions électriques à travers de longs câbles. Cela pourrait changer bientôt, cependant :Les scientifiques ont travaillé intensément sur le développement de méthodes pour le transfert d'informations quantiques. Cela permettrait un transfert de données sécurisé ou, un jour, même la liaison des ordinateurs quantiques.

Le transfert d'informations quantiques nécessite un transfert d'informations fiable d'un système quantique à l'autre, ce qui est extrêmement difficile à réaliser. Indépendamment, deux équipes de recherche – l'une à l'Université d'Innsbruck et l'autre à la TU Wien (Vienne) – ont désormais développé un nouveau protocole de communication quantique. Ce protocole permet une communication quantique fiable même en présence de bruit contaminant. Les deux groupes de recherche travaillent avec le même concept de base :rendre le protocole insensible au bruit, ils ajoutent un élément supplémentaire, un oscillateur dit quantique, aux deux extrémités du canal quantique.

Transfert de données fiable

Les scientifiques mènent depuis longtemps des expériences de communication quantique. "Les chercheurs ont présenté un protocole de téléportation quantique déjà dans les années 1990. Il permet de transférer l'état d'un système quantique à un autre en utilisant des photons optiques, " dit Benoit Vermersch, Postdoc dans le groupe de Peter Zoller à l'Université d'Innsbruck. Cela fonctionne aussi sur de grandes distances mais il faut admettre que beaucoup de photons sont perdus et qu'une infime fraction atteint le détecteur.

"Notre objectif était de trouver un moyen de transférer de manière fiable un état quantique d'un endroit à l'autre sans avoir à le faire plusieurs fois pour le faire fonctionner, " explique Peter Rabl de l'Atominstitut, TU Vienne.

Qubits supraconducteurs, en particulier, sont des éléments prometteurs pour les futures technologies quantiques. Ce sont de minuscules circuits qui peuvent prendre deux états différents en même temps. Contrairement aux interrupteurs d'éclairage conventionnels qui peuvent être allumés ou éteints, les lois de la physique quantique permettent à un qubit d'assumer n'importe quelle combinaison de ces états, ce qu'on appelle la superposition quantique.

Pour transférer cet état quantique d'un qubit supraconducteur à un autre, il faut des photons micro-ondes, qui sont déjà utilisés pour le transfert de signal classique. Le transfert fiable d'informations quantiques via un régime micro-ondes a été considéré comme impossible car le bruit thermique constant superpose complètement le signal quantique plus faible.

Nouveau protocole de transfert

Les deux groupes de recherche ont maintenant montré que ces obstacles ne sont pas impossibles à surmonter comme on le supposait auparavant. En collaboration avec des équipes de Harvard et Yale (USA) ils ont pu développer un protocole de transfert insensible au bruit inévitable.

"Notre approche consiste à ajouter un autre système quantique - un oscillateur micro-ondes - en tant que médiateur aux deux extrémités du protocole pour coupler les qubits au lieu de les coupler directement au canal micro-ondes ou au guide d'ondes, " explique Rabl.

"On ne peut pas empêcher le bruit thermique qui se développe dans le canal quantique, " précise Benoit Vermersch. " Ce qui est important, c'est que ce bruit affecte les deux oscillateurs aux deux extrémités de la même manière. Par conséquent, nous sommes capables de séparer exactement l'effet néfaste du bruit du signal quantique plus faible grâce à un couplage précis au guide d'ondes."

« D'après nos calculs, on peut connecter des qubits sur plusieurs centaines de mètres avec ce protocole, " dit Peter Rabl. " Il faudrait encore refroidir les canaux mais à long terme il sera technologiquement faisable de relier des bâtiments ou même des villes de manière physique quantique via des canaux hyperfréquences. "