Le développement de technologies capables de traiter l'information sur la base des lois de la physique quantique devrait avoir de profonds impacts sur la société moderne.

Par exemple, les ordinateurs quantiques peuvent détenir la clé pour résoudre des problèmes trop complexes pour les supercalculateurs les plus puissants d'aujourd'hui, et un Internet quantique pourrait finalement protéger les informations du monde contre les attaques malveillantes.

Cependant, ces technologies reposent toutes sur « l'information quantique, " qui est généralement codé dans des particules quantiques uniques extrêmement difficiles à contrôler et à mesurer.

Des scientifiques de l'Université de Bristol, en collaboration avec l'Université technique du Danemark (DTU), ont développé avec succès des dispositifs à l'échelle de la puce capables d'exploiter les applications de la physique quantique en générant et en manipulant des particules de lumière uniques dans des circuits nanométriques programmables.

Ces puces sont capables de coder des informations quantiques dans la lumière générée à l'intérieur des circuits et peuvent traiter les "informations quantiques" avec une efficacité élevée et un bruit extrêmement faible. Cette démonstration pourrait permettre d'augmenter considérablement la capacité de produire des circuits quantiques plus complexes nécessaires à l'informatique et aux communications quantiques.

Leur travail, publié dans la revue Physique de la nature et disponible gratuitement sous forme de préimpression sur le serveur de préimpression arXiv, accueille une série de démonstrations quantiques.

Dans l'une des expériences révolutionnaires, des chercheurs des Quantum Engineering Technology Labs (QET Labs) de l'Université de Bristol démontrent pour la première fois la téléportation quantique d'informations entre deux puces programmables, qu'ils remarquent est une pierre angulaire des communications quantiques et de l'informatique quantique.

La téléportation quantique offre le transfert d'état quantique d'une particule quantique d'un endroit à un autre en utilisant l'intrication. La téléportation n'est pas seulement utile pour la communication quantique, mais est un élément fondamental de l'informatique quantique optique. L'établissement d'un lien de communication entremêlé entre deux puces en laboratoire s'est toutefois avéré très difficile.

Le co-auteur de Bristol, Dan Llewellyn, a déclaré :« Nous avons pu démontrer un lien d'intrication de haute qualité entre deux puces en laboratoire, où les photons sur l'une ou l'autre puce partagent un seul état quantique.

"Chaque puce a ensuite été entièrement programmée pour effectuer une série de démonstrations qui utilisent l'enchevêtrement.

"La démonstration phare était une expérience de téléportation à deux puces, grâce à quoi l'état quantique individuel d'une particule est transmis à travers les deux puces après qu'une mesure quantique est effectuée. Cette mesure utilise le comportement étrange de la physique quantique, qui simultanément effondre le lien d'intrication et transfère l'état de la particule à une autre particule déjà sur la puce réceptrice.

Un autre co-auteur, Dr Imad Faruque, aussi de Bristol, a ajouté :« Sur la base de notre précédent résultat de sources monophotoniques de haute qualité sur puce, nous avons construit un circuit encore plus complexe contenant quatre sources.

"Toutes ces sources sont testées et se sont révélées être presque identiques émettant des photons presque identiques, qui est un critère essentiel pour l'ensemble des expériences que nous avions réalisées, comme l'échange d'enchevêtrement."

Les résultats ont montré une téléportation quantique extrêmement haute fidélité de 91%. En outre, les chercheurs ont pu démontrer d'autres fonctionnalités importantes de leurs conceptions, tels que l'échange d'intrication (requis pour les répéteurs quantiques et les réseaux quantiques) et les états GHZ à quatre photons (requis dans l'informatique quantique et l'Internet quantique).

Selon le co-auteur, le Dr Yunhong Ding, du DTU, faible perte, haute stabilité, et une excellente contrôlabilité sont extrêmement importantes pour la photonique quantique intégrée. Il a déclaré:"Cette expérience a été rendue possible grâce à la technologie de pointe de la photonique au silicium à faible perte basée sur une fabrication de haute qualité au DTU."

Auteur principal, Dr Jianwei Wang, maintenant à l'Université de Pékin, dit :« À l'avenir, une seule intégration de puces Si de dispositifs photoniques quantiques et de commandes électroniques classiques ouvrira la porte à des réseaux de communication quantique et de traitement de l'information entièrement compatibles avec les puces CMOS. »