L'Internet quantique promet une communication absolument à l'épreuve des prises et de puissants réseaux de capteurs distribués pour les nouvelles sciences et technologies. Cependant, parce que l'information quantique ne peut pas être copiée, il n'est pas possible d'envoyer ces informations sur un réseau classique. L'information quantique doit être transmise par des particules quantiques, et des interfaces spéciales sont nécessaires pour cela. Le physicien expérimental basé à Innsbruck Ben Lanyon, qui a reçu le prix autrichien START en 2015 pour ses recherches, étudie ces importantes intersections d'un futur Internet quantique.

Aujourd'hui, son équipe du Département de physique expérimentale de l'Université d'Innsbruck et de l'Institut d'optique quantique et d'information quantique de l'Académie autrichienne des sciences a atteint un record pour le transfert d'intrication quantique entre la matière et la lumière. Pour la première fois, une distance de 50 kilomètres a été parcourue à l'aide de câbles à fibres optiques. "C'est deux ordres de grandeur de plus que ce qui était possible auparavant et c'est une distance pratique pour commencer à construire des réseaux quantiques interurbains, ", dit Ben Lanyon.

Photon converti pour la transmission

L'équipe de Lanyon a commencé l'expérience avec un atome de calcium piégé dans un piège à ions. À l'aide de faisceaux laser, les chercheurs écrivent un état quantique sur l'ion et l'excitent simultanément pour émettre un photon dans lequel des informations quantiques sont stockées. Par conséquent, les états quantiques de l'atome et de la particule lumineuse sont intriqués. Mais le défi est de transmettre le photon sur des câbles à fibres optiques. "Le photon émis par l'ion calcium a une longueur d'onde de 854 nanomètres et est rapidement absorbé par la fibre optique, " explique Ben Lanyon. Son équipe envoie donc dans un premier temps la particule lumineuse à travers un cristal non linéaire illuminé par un laser puissant. Ainsi, la longueur d'onde du photon est convertie à la valeur optimale pour les voyages à longue distance :la longueur d'onde standard des télécommunications actuelle de 1550 nanomètres. Les chercheurs d'Innsbruck envoient ensuite ce photon à travers une ligne de fibre optique longue de 50 kilomètres. Leurs mesures montrent que l'atome et la particule lumineuse sont toujours intriqués même après la conversion de longueur d'onde et ce long voyage.

Des distances encore plus grandes en vue

Comme prochaine étape, Lanyon et son équipe montrent que leurs méthodes permettraient de générer un enchevêtrement entre des ions distants de 100 kilomètres et plus. Deux nœuds envoient chacun un photon intriqué sur une distance de 50 kilomètres jusqu'à une intersection où les particules lumineuses sont mesurées de telle sorte qu'elles perdent leur intrication avec les ions, ce qui les enchevêtrerait à son tour. Avec un espacement des nœuds de 100 kilomètres désormais possible, on pourrait donc envisager de construire le premier réseau quantique interurbain de matière légère au monde dans les années à venir :seule une poignée de systèmes d'ions piégés seraient nécessaires pour établir un internet quantique entre Innsbruck et Vienne, par exemple.

L'équipe de Lanyon fait partie de la Quantum Internet Alliance, un projet international dans le cadre Quantum Flagship de l'Union Européenne. Les résultats actuels ont été publiés dans la revue Nature Informations quantiques .