Des scientifiques autrichiens et chinois ont réussi pour la première fois à téléporter des états quantiques tridimensionnels. La téléportation de grande dimension pourrait jouer un rôle important dans les futurs ordinateurs quantiques.

Des chercheurs de l'Académie autrichienne des sciences et de l'Université de Vienne ont démontré expérimentalement ce qui n'était auparavant qu'une possibilité théorique. En collaboration avec des physiciens quantiques de l'Université des sciences et technologies de Chine, ils ont réussi à téléporter des états quantiques complexes de haute dimension. Les équipes de recherche rapportent cette première internationale dans la revue Lettres d'examen physique .

Dans leur étude, les chercheurs ont téléporté l'état quantique d'un photon (particule lumineuse) vers un autre à distance. Précédemment, seuls des états à deux niveaux ("qubits") avaient été transmis, c'est à dire., informations avec les valeurs "0" ou "1". Cependant, les scientifiques ont réussi à téléporter un état à trois niveaux, un soi-disant "qutrit". En physique quantique, contrairement à l'informatique classique, « 0 » et « 1 » ne sont pas un « soit/ou » - les deux simultanément, ou quoi que ce soit entre les deux, est également possible. L'équipe austro-chinoise l'a maintenant démontré dans la pratique avec une troisième possibilité "2".

Nouvelle méthode expérimentale

On sait depuis les années 1990 que la téléportation quantique multidimensionnelle est théoriquement possible. Cependant :"D'abord, nous avons dû concevoir une méthode expérimentale pour mettre en œuvre la téléportation de grande dimension, ainsi que de développer la technologie nécessaire", dit Manuel Erhard de l'Institut de Vienne pour l'optique quantique et l'information quantique de l'Académie autrichienne des sciences.

L'état quantique à téléporter est codé dans les chemins possibles qu'un photon peut emprunter. On peut imaginer ces chemins comme trois fibres optiques. Le plus intéressant, en physique quantique, un seul photon peut également être localisé dans les trois fibres optiques en même temps. Pour téléporter cet état quantique tridimensionnel, les chercheurs ont utilisé une nouvelle méthode expérimentale. Le cœur de la téléportation quantique est la mesure dite de Bell. Il est basé sur un diviseur de faisceau multiport, qui dirige les photons à travers plusieurs entrées et sorties et connecte toutes les fibres optiques entre elles. En outre, les scientifiques ont utilisé des photons auxiliaires - ceux-ci sont également envoyés dans le séparateur de faisceaux multiples et peuvent interférer avec les autres photons.

Grâce à une sélection intelligente de certains modèles d'interférence, l'information quantique peut être transférée à un autre photon éloigné du photon d'entrée, sans que les deux n'interagissent physiquement. Le concept expérimental ne se limite pas à trois dimensions, mais peut en principe être étendu à un nombre quelconque de dimensions, comme le souligne Erhard.

Des capacités d'information plus élevées pour les ordinateurs quantiques

Avec ça, l'équipe de recherche internationale a également fait un pas important vers des applications pratiques telles qu'un futur Internet quantique, puisque les systèmes quantiques de grande dimension peuvent transporter de plus grandes quantités d'informations que les qubits. "Ce résultat pourrait aider à connecter des ordinateurs quantiques avec des capacités d'information au-delà des qubits", dit Anton Zeilinger, physicien quantique à l'Académie autrichienne des sciences et à l'Université de Vienne, sur le potentiel d'innovation de la nouvelle méthode.

Les chercheurs chinois participants voient également de grandes opportunités dans la téléportation quantique multidimensionnelle. « Les bases des systèmes de réseaux quantiques de nouvelle génération reposent sur nos recherches fondamentales d'aujourd'hui », dit Jian-Wei Pan de l'Université des sciences et technologies de Chine. Pan a récemment donné une conférence à Vienne à l'invitation de l'Université de Vienne et de l'Académie.

Dans les travaux futurs, les physiciens quantiques se concentreront sur la façon d'étendre les connaissances nouvellement acquises pour permettre la téléportation de l'ensemble de l'état quantique d'un seul photon ou atome.