La génération efficace de l'intrication entre les nœuds quantiques distants est une étape cruciale dans la sécurisation des communications quantiques. Dans des recherches antérieures, l'intrication a souvent été réalisée en utilisant un certain nombre de schémas probabilistes différents.

Récemment, certaines études ont également offert des démonstrations d'intrication déterministe à distance en utilisant des approches basées sur des qubits supraconducteurs. Néanmoins, la violation déterministe de l'inégalité de Bell (une forte mesure de corrélation quantique) dans une architecture de communication quantique supraconductrice n'a jusqu'à présent jamais été démontrée.

Une équipe de chercheurs basée à l'Université de Chicago a récemment démontré une violation de l'inégalité de Bell en utilisant des qubits supraconducteurs connectés à distance. Leur papier, Publié dans Physique de la nature , introduit une architecture simple mais robuste pour atteindre ce résultat de référence dans un système supraconducteur.

« Il y a beaucoup d'intérêt et d'activité dans le développement de systèmes expérimentaux où la mécanique quantique peut être utilisée pour le traitement de l'information (par exemple, la communication, calcul, etc.) et la détection, " André Cleland, l'un des chercheurs qui a mené l'étude, dit Phys.org. "Le cœur d'un système d'information quantique est un qubit, et l'unicité vient des états quantiques que vous pouvez y stocker, ainsi que les états quantiques plus complexes que vous pouvez stocker en utilisant plusieurs qubits. Nous étions intéressés par l'exploration de la transmission de l'information quantique et des états quantiques, les principes fondamentaux de la communication quantique."

États quantiques, ainsi que les informations qui y sont stockées, sont incroyablement délicats, bien plus que les états classiques et les informations stockées de manière classique. Bien que théoriquement, il existe des moyens de corriger les erreurs dans un état quantique, on ne peut généralement corriger que de petites erreurs; Par conséquent, la communication d'un état quantique doit se faire avec une très grande précision. La transmission haute fidélité d'un état quantique a été réalisée jusqu'à présent en utilisant un nombre limité de méthodes.

"Nous voulions voir si nous pouvions utiliser certains des meilleurs qubits disponibles, qubits supraconducteurs, et les meilleurs outils pour coupler des qubits supraconducteurs aux lignes de communication (transmission), montrer que nous pouvons transmettre des états quantiques avec une très grande précision (c'est-à-dire fidélité), " dit Cleland.

En physique quantique, l'« étalon-or » pour tester une certaine classe d'états quantiques est l'inégalité de Bell. Essentiellement, un ensemble spécifique de mesures d'une propriété d'un état quantique (généralement écrit "S") ne peut dépasser une valeur classiquement limitée de deux que si l'état quantique est préparé, communiqués et mesurés avec un haut niveau de précision.

"Erreurs commises dans la préparation, transmettre ou mesurer l'état quantique aura tendance à rendre l'état plus classique, et rendre plus difficile le dépassement de la limite classique de deux, " a expliqué Cleland. " Le dépassement de cette limite est appelé une violation d'une inégalité de Bell, et est une preuve de 'quantum-ness'. C'est la mesure que nous nous sommes fixés, en mesurant S pour un état quantique à l'aide d'une génération très précise, transmission, et la capture d'informations quantiques entre deux qubits. Heureusement, nous avons pu le faire."

Dans leur expérience, Cleland et ses collègues ont utilisé deux qubits supraconducteurs connectés l'un à l'autre via une ligne de transmission d'environ 1 mètre de long. L'information quantique a été transmise le long de cette ligne à l'aide de micro-ondes (similaires aux signaux radio), avec une fréquence similaire à celle utilisée par les téléphones portables pour communiquer.

"Très important, nous avions également des "coupleurs" à commande électrique entre chaque qubit et la ligne, " dit Cleland. " Ces coupleurs sont très importants, car ils permettent de contrôler très rapidement le couplage des qubits à la ligne, utilisant des signaux électriques classiques."

Ces coupleurs à commande électrique sont un élément clé de l'expérience des chercheurs, car ils leur permettaient de « façonner » très précisément le couplage dans le temps. Ces coupleurs assuraient que les micro-ondes transportant l'information quantique étaient transmises entre les deux qubits précisément de la bonne manière. Cela a finalement permis de s'assurer que les informations quantiques étaient envoyées et reçues avec un minimum d'erreurs.

"Notre expérience montre que des informations quantiques très précises peuvent être envoyées le long d'un chemin de communication assez long, dans notre cas près d'un mètre de long, " expliqua Cleland. " La méthode que nous avons utilisée fonctionnerait avec n'importe quelle longueur de ligne. Cela démontre que les méthodes théoriques qui avaient été élaborées pour cette transmission presque sans erreur sont correctes, et est très prometteur pour les futurs systèmes de communication quantique."

L'étude menée par Cleland et ses collègues a présenté une méthode simple mais efficace pour obtenir une violation de l'inégalité de Bell en utilisant des qubits supraconducteurs distants. Cependant, comme les qubits utilisés dans leur expérience communiquent avec les micro-ondes, leur méthode ne fonctionne qu'à très basse température. Pour communiquer des informations quantiques par voie aérienne, les chercheurs devraient développer de nouvelles techniques pouvant atteindre des résultats similaires en utilisant la lumière infrarouge ou visible.

"Nous prévoyons maintenant de faire des versions plus complexes de cette expérience, en utilisant plus de qubits et plus de lignes de transmission, tester des théories plus avancées pour la communication quantique et la correction d'erreur quantique, " a déclaré Cleland. " Nous développons également des méthodes pour essayer de faire la même chose avec la lumière infrarouge, ainsi les signaux peuvent être envoyés à travers une fibre optique, ou à travers l'espace."

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