Les scientifiques ont développé une puce photonique topologique pour traiter l'information quantique, promettant une option plus robuste pour les ordinateurs quantiques évolutifs.

L'équipe de recherche, dirigé par le Dr Alberto Peruzzo de l'Université RMIT, a pour la première fois démontré que l'information quantique peut être encodée, traitées et transférées à distance avec des circuits topologiques sur la puce. La recherche est publiée dans Avancées scientifiques .

La percée pourrait conduire au développement de nouveaux matériaux, des ordinateurs de nouvelle génération et une compréhension plus approfondie de la science fondamentale.

En collaboration avec des scientifiques du Politecnico di Milano et de l'ETH Zurich, les chercheurs ont utilisé la photonique topologique - un domaine en croissance rapide qui vise à étudier la physique des phases topologiques de la matière dans un nouveau contexte optique - pour fabriquer une puce avec un "splitter" créant une porte quantique photonique de haute précision.

"Nous prévoyons que la nouvelle conception de la puce ouvrira la voie à l'étude des effets quantiques dans les matériaux topologiques et à un nouveau domaine de traitement quantique topologiquement robuste dans la technologie photonique intégrée, " dit Peruzzo, Chercheur en chef au Centre d'excellence de l'ARC pour le calcul quantique et les technologies de communication (CQC2T) et directeur, Laboratoire de photonique quantique, RMIT.

"La photonique topologique a l'avantage de ne pas nécessiter de forts champs magnétiques, et présentent une cohérence intrinsèque élevée, fonctionnement à température ambiante et manipulation aisée », explique Peruzzo.

"Ce sont des exigences essentielles pour la mise à l'échelle des ordinateurs quantiques."

Reproduisant l'expérience bien connue de Hong-Ou-Mandel (HOM) - qui prend deux photons, les constituants ultimes de la lumière, et les interférer selon les lois de la mécanique quantique - l'équipe a pu utiliser la puce photonique pour démontrer, pour la première fois, que les états topologiques peuvent subir des interférences quantiques haute fidélité.

L'interférence HOM est au cœur du calcul quantique optique qui est très sensible aux erreurs. Les états topologiquement protégés pourraient ajouter de la robustesse à la communication quantique, diminution du bruit et des défauts répandus dans la technologie quantique. Ceci est particulièrement intéressant pour le traitement de l'information quantique optique.

"Les recherches précédentes s'étaient concentrées sur la photonique topologique utilisant la lumière laser "classique", qui se comporte comme une onde classique. Ici, nous utilisons des photons uniques, qui se comportent selon la mécanique quantique", explique l'auteur principal Jean-Luc Tambasco, doctorat étudiant au RMIT.

La démonstration d'interférences quantiques haute fidélité est un précurseur de la transmission de données précises à l'aide de photons uniques pour les communications quantiques, un élément essentiel d'un réseau quantique mondial.

"Ce travail recoupe les deux domaines florissants de la technologie quantique et des isolants topologiques et peut conduire au développement de nouveaux matériaux, ordinateurs de nouvelle génération et science fondamentale », explique Peruzzo.

La recherche fait partie du programme Processeur photonique quantique du CQC2T. Le Centre d'Excellence développe des approches parallèles utilisant des processeurs optiques et silicium dans la course au développement du premier système de calcul quantique.

Les chercheurs australiens du CQC2T ont établi un leadership mondial dans le domaine de l'information quantique. Ayant développé des technologies uniques pour manipuler la matière et la lumière au niveau des atomes et des photons individuels, l'équipe a fait preuve de la plus haute fidélité, les qubits de temps de cohérence les plus longs à l'état solide ; la mémoire quantique la plus ancienne à l'état solide ; et la capacité d'exécuter des algorithmes à petite échelle sur des qubits photoniques.